dm: remove unused _rq_tio_cache and _rq_cache
[linux-2.6-microblaze.git] / drivers / md / dm-cache-target.c
1 /*
2  * Copyright (C) 2012 Red Hat. All rights reserved.
3  *
4  * This file is released under the GPL.
5  */
6
7 #include "dm.h"
8 #include "dm-bio-prison-v2.h"
9 #include "dm-bio-record.h"
10 #include "dm-cache-metadata.h"
11
12 #include <linux/dm-io.h>
13 #include <linux/dm-kcopyd.h>
14 #include <linux/jiffies.h>
15 #include <linux/init.h>
16 #include <linux/mempool.h>
17 #include <linux/module.h>
18 #include <linux/rwsem.h>
19 #include <linux/slab.h>
20 #include <linux/vmalloc.h>
21
22 #define DM_MSG_PREFIX "cache"
23
24 DECLARE_DM_KCOPYD_THROTTLE_WITH_MODULE_PARM(cache_copy_throttle,
25         "A percentage of time allocated for copying to and/or from cache");
26
27 /*----------------------------------------------------------------*/
28
29 /*
30  * Glossary:
31  *
32  * oblock: index of an origin block
33  * cblock: index of a cache block
34  * promotion: movement of a block from origin to cache
35  * demotion: movement of a block from cache to origin
36  * migration: movement of a block between the origin and cache device,
37  *            either direction
38  */
39
40 /*----------------------------------------------------------------*/
41
42 struct io_tracker {
43         spinlock_t lock;
44
45         /*
46          * Sectors of in-flight IO.
47          */
48         sector_t in_flight;
49
50         /*
51          * The time, in jiffies, when this device became idle (if it is
52          * indeed idle).
53          */
54         unsigned long idle_time;
55         unsigned long last_update_time;
56 };
57
58 static void iot_init(struct io_tracker *iot)
59 {
60         spin_lock_init(&iot->lock);
61         iot->in_flight = 0ul;
62         iot->idle_time = 0ul;
63         iot->last_update_time = jiffies;
64 }
65
66 static bool __iot_idle_for(struct io_tracker *iot, unsigned long jifs)
67 {
68         if (iot->in_flight)
69                 return false;
70
71         return time_after(jiffies, iot->idle_time + jifs);
72 }
73
74 static bool iot_idle_for(struct io_tracker *iot, unsigned long jifs)
75 {
76         bool r;
77         unsigned long flags;
78
79         spin_lock_irqsave(&iot->lock, flags);
80         r = __iot_idle_for(iot, jifs);
81         spin_unlock_irqrestore(&iot->lock, flags);
82
83         return r;
84 }
85
86 static void iot_io_begin(struct io_tracker *iot, sector_t len)
87 {
88         unsigned long flags;
89
90         spin_lock_irqsave(&iot->lock, flags);
91         iot->in_flight += len;
92         spin_unlock_irqrestore(&iot->lock, flags);
93 }
94
95 static void __iot_io_end(struct io_tracker *iot, sector_t len)
96 {
97         if (!len)
98                 return;
99
100         iot->in_flight -= len;
101         if (!iot->in_flight)
102                 iot->idle_time = jiffies;
103 }
104
105 static void iot_io_end(struct io_tracker *iot, sector_t len)
106 {
107         unsigned long flags;
108
109         spin_lock_irqsave(&iot->lock, flags);
110         __iot_io_end(iot, len);
111         spin_unlock_irqrestore(&iot->lock, flags);
112 }
113
114 /*----------------------------------------------------------------*/
115
116 /*
117  * Represents a chunk of future work.  'input' allows continuations to pass
118  * values between themselves, typically error values.
119  */
120 struct continuation {
121         struct work_struct ws;
122         blk_status_t input;
123 };
124
125 static inline void init_continuation(struct continuation *k,
126                                      void (*fn)(struct work_struct *))
127 {
128         INIT_WORK(&k->ws, fn);
129         k->input = 0;
130 }
131
132 static inline void queue_continuation(struct workqueue_struct *wq,
133                                       struct continuation *k)
134 {
135         queue_work(wq, &k->ws);
136 }
137
138 /*----------------------------------------------------------------*/
139
140 /*
141  * The batcher collects together pieces of work that need a particular
142  * operation to occur before they can proceed (typically a commit).
143  */
144 struct batcher {
145         /*
146          * The operation that everyone is waiting for.
147          */
148         blk_status_t (*commit_op)(void *context);
149         void *commit_context;
150
151         /*
152          * This is how bios should be issued once the commit op is complete
153          * (accounted_request).
154          */
155         void (*issue_op)(struct bio *bio, void *context);
156         void *issue_context;
157
158         /*
159          * Queued work gets put on here after commit.
160          */
161         struct workqueue_struct *wq;
162
163         spinlock_t lock;
164         struct list_head work_items;
165         struct bio_list bios;
166         struct work_struct commit_work;
167
168         bool commit_scheduled;
169 };
170
171 static void __commit(struct work_struct *_ws)
172 {
173         struct batcher *b = container_of(_ws, struct batcher, commit_work);
174         blk_status_t r;
175         unsigned long flags;
176         struct list_head work_items;
177         struct work_struct *ws, *tmp;
178         struct continuation *k;
179         struct bio *bio;
180         struct bio_list bios;
181
182         INIT_LIST_HEAD(&work_items);
183         bio_list_init(&bios);
184
185         /*
186          * We have to grab these before the commit_op to avoid a race
187          * condition.
188          */
189         spin_lock_irqsave(&b->lock, flags);
190         list_splice_init(&b->work_items, &work_items);
191         bio_list_merge(&bios, &b->bios);
192         bio_list_init(&b->bios);
193         b->commit_scheduled = false;
194         spin_unlock_irqrestore(&b->lock, flags);
195
196         r = b->commit_op(b->commit_context);
197
198         list_for_each_entry_safe(ws, tmp, &work_items, entry) {
199                 k = container_of(ws, struct continuation, ws);
200                 k->input = r;
201                 INIT_LIST_HEAD(&ws->entry); /* to avoid a WARN_ON */
202                 queue_work(b->wq, ws);
203         }
204
205         while ((bio = bio_list_pop(&bios))) {
206                 if (r) {
207                         bio->bi_status = r;
208                         bio_endio(bio);
209                 } else
210                         b->issue_op(bio, b->issue_context);
211         }
212 }
213
214 static void batcher_init(struct batcher *b,
215                          blk_status_t (*commit_op)(void *),
216                          void *commit_context,
217                          void (*issue_op)(struct bio *bio, void *),
218                          void *issue_context,
219                          struct workqueue_struct *wq)
220 {
221         b->commit_op = commit_op;
222         b->commit_context = commit_context;
223         b->issue_op = issue_op;
224         b->issue_context = issue_context;
225         b->wq = wq;
226
227         spin_lock_init(&b->lock);
228         INIT_LIST_HEAD(&b->work_items);
229         bio_list_init(&b->bios);
230         INIT_WORK(&b->commit_work, __commit);
231         b->commit_scheduled = false;
232 }
233
234 static void async_commit(struct batcher *b)
235 {
236         queue_work(b->wq, &b->commit_work);
237 }
238
239 static void continue_after_commit(struct batcher *b, struct continuation *k)
240 {
241         unsigned long flags;
242         bool commit_scheduled;
243
244         spin_lock_irqsave(&b->lock, flags);
245         commit_scheduled = b->commit_scheduled;
246         list_add_tail(&k->ws.entry, &b->work_items);
247         spin_unlock_irqrestore(&b->lock, flags);
248
249         if (commit_scheduled)
250                 async_commit(b);
251 }
252
253 /*
254  * Bios are errored if commit failed.
255  */
256 static void issue_after_commit(struct batcher *b, struct bio *bio)
257 {
258        unsigned long flags;
259        bool commit_scheduled;
260
261        spin_lock_irqsave(&b->lock, flags);
262        commit_scheduled = b->commit_scheduled;
263        bio_list_add(&b->bios, bio);
264        spin_unlock_irqrestore(&b->lock, flags);
265
266        if (commit_scheduled)
267                async_commit(b);
268 }
269
270 /*
271  * Call this if some urgent work is waiting for the commit to complete.
272  */
273 static void schedule_commit(struct batcher *b)
274 {
275         bool immediate;
276         unsigned long flags;
277
278         spin_lock_irqsave(&b->lock, flags);
279         immediate = !list_empty(&b->work_items) || !bio_list_empty(&b->bios);
280         b->commit_scheduled = true;
281         spin_unlock_irqrestore(&b->lock, flags);
282
283         if (immediate)
284                 async_commit(b);
285 }
286
287 /*
288  * There are a couple of places where we let a bio run, but want to do some
289  * work before calling its endio function.  We do this by temporarily
290  * changing the endio fn.
291  */
292 struct dm_hook_info {
293         bio_end_io_t *bi_end_io;
294 };
295
296 static void dm_hook_bio(struct dm_hook_info *h, struct bio *bio,
297                         bio_end_io_t *bi_end_io, void *bi_private)
298 {
299         h->bi_end_io = bio->bi_end_io;
300
301         bio->bi_end_io = bi_end_io;
302         bio->bi_private = bi_private;
303 }
304
305 static void dm_unhook_bio(struct dm_hook_info *h, struct bio *bio)
306 {
307         bio->bi_end_io = h->bi_end_io;
308 }
309
310 /*----------------------------------------------------------------*/
311
312 #define MIGRATION_POOL_SIZE 128
313 #define COMMIT_PERIOD HZ
314 #define MIGRATION_COUNT_WINDOW 10
315
316 /*
317  * The block size of the device holding cache data must be
318  * between 32KB and 1GB.
319  */
320 #define DATA_DEV_BLOCK_SIZE_MIN_SECTORS (32 * 1024 >> SECTOR_SHIFT)
321 #define DATA_DEV_BLOCK_SIZE_MAX_SECTORS (1024 * 1024 * 1024 >> SECTOR_SHIFT)
322
323 enum cache_metadata_mode {
324         CM_WRITE,               /* metadata may be changed */
325         CM_READ_ONLY,           /* metadata may not be changed */
326         CM_FAIL
327 };
328
329 enum cache_io_mode {
330         /*
331          * Data is written to cached blocks only.  These blocks are marked
332          * dirty.  If you lose the cache device you will lose data.
333          * Potential performance increase for both reads and writes.
334          */
335         CM_IO_WRITEBACK,
336
337         /*
338          * Data is written to both cache and origin.  Blocks are never
339          * dirty.  Potential performance benfit for reads only.
340          */
341         CM_IO_WRITETHROUGH,
342
343         /*
344          * A degraded mode useful for various cache coherency situations
345          * (eg, rolling back snapshots).  Reads and writes always go to the
346          * origin.  If a write goes to a cached oblock, then the cache
347          * block is invalidated.
348          */
349         CM_IO_PASSTHROUGH
350 };
351
352 struct cache_features {
353         enum cache_metadata_mode mode;
354         enum cache_io_mode io_mode;
355         unsigned metadata_version;
356 };
357
358 struct cache_stats {
359         atomic_t read_hit;
360         atomic_t read_miss;
361         atomic_t write_hit;
362         atomic_t write_miss;
363         atomic_t demotion;
364         atomic_t promotion;
365         atomic_t writeback;
366         atomic_t copies_avoided;
367         atomic_t cache_cell_clash;
368         atomic_t commit_count;
369         atomic_t discard_count;
370 };
371
372 struct cache {
373         struct dm_target *ti;
374         spinlock_t lock;
375
376         /*
377          * Fields for converting from sectors to blocks.
378          */
379         int sectors_per_block_shift;
380         sector_t sectors_per_block;
381
382         struct dm_cache_metadata *cmd;
383
384         /*
385          * Metadata is written to this device.
386          */
387         struct dm_dev *metadata_dev;
388
389         /*
390          * The slower of the two data devices.  Typically a spindle.
391          */
392         struct dm_dev *origin_dev;
393
394         /*
395          * The faster of the two data devices.  Typically an SSD.
396          */
397         struct dm_dev *cache_dev;
398
399         /*
400          * Size of the origin device in _complete_ blocks and native sectors.
401          */
402         dm_oblock_t origin_blocks;
403         sector_t origin_sectors;
404
405         /*
406          * Size of the cache device in blocks.
407          */
408         dm_cblock_t cache_size;
409
410         /*
411          * Invalidation fields.
412          */
413         spinlock_t invalidation_lock;
414         struct list_head invalidation_requests;
415
416         sector_t migration_threshold;
417         wait_queue_head_t migration_wait;
418         atomic_t nr_allocated_migrations;
419
420         /*
421          * The number of in flight migrations that are performing
422          * background io. eg, promotion, writeback.
423          */
424         atomic_t nr_io_migrations;
425
426         struct bio_list deferred_bios;
427
428         struct rw_semaphore quiesce_lock;
429
430         struct dm_target_callbacks callbacks;
431
432         /*
433          * origin_blocks entries, discarded if set.
434          */
435         dm_dblock_t discard_nr_blocks;
436         unsigned long *discard_bitset;
437         uint32_t discard_block_size; /* a power of 2 times sectors per block */
438
439         /*
440          * Rather than reconstructing the table line for the status we just
441          * save it and regurgitate.
442          */
443         unsigned nr_ctr_args;
444         const char **ctr_args;
445
446         struct dm_kcopyd_client *copier;
447         struct work_struct deferred_bio_worker;
448         struct work_struct migration_worker;
449         struct workqueue_struct *wq;
450         struct delayed_work waker;
451         struct dm_bio_prison_v2 *prison;
452
453         /*
454          * cache_size entries, dirty if set
455          */
456         unsigned long *dirty_bitset;
457         atomic_t nr_dirty;
458
459         unsigned policy_nr_args;
460         struct dm_cache_policy *policy;
461
462         /*
463          * Cache features such as write-through.
464          */
465         struct cache_features features;
466
467         struct cache_stats stats;
468
469         bool need_tick_bio:1;
470         bool sized:1;
471         bool invalidate:1;
472         bool commit_requested:1;
473         bool loaded_mappings:1;
474         bool loaded_discards:1;
475
476         struct rw_semaphore background_work_lock;
477
478         struct batcher committer;
479         struct work_struct commit_ws;
480
481         struct io_tracker tracker;
482
483         mempool_t migration_pool;
484
485         struct bio_set bs;
486 };
487
488 struct per_bio_data {
489         bool tick:1;
490         unsigned req_nr:2;
491         struct dm_bio_prison_cell_v2 *cell;
492         struct dm_hook_info hook_info;
493         sector_t len;
494 };
495
496 struct dm_cache_migration {
497         struct continuation k;
498         struct cache *cache;
499
500         struct policy_work *op;
501         struct bio *overwrite_bio;
502         struct dm_bio_prison_cell_v2 *cell;
503
504         dm_cblock_t invalidate_cblock;
505         dm_oblock_t invalidate_oblock;
506 };
507
508 /*----------------------------------------------------------------*/
509
510 static bool writethrough_mode(struct cache *cache)
511 {
512         return cache->features.io_mode == CM_IO_WRITETHROUGH;
513 }
514
515 static bool writeback_mode(struct cache *cache)
516 {
517         return cache->features.io_mode == CM_IO_WRITEBACK;
518 }
519
520 static inline bool passthrough_mode(struct cache *cache)
521 {
522         return unlikely(cache->features.io_mode == CM_IO_PASSTHROUGH);
523 }
524
525 /*----------------------------------------------------------------*/
526
527 static void wake_deferred_bio_worker(struct cache *cache)
528 {
529         queue_work(cache->wq, &cache->deferred_bio_worker);
530 }
531
532 static void wake_migration_worker(struct cache *cache)
533 {
534         if (passthrough_mode(cache))
535                 return;
536
537         queue_work(cache->wq, &cache->migration_worker);
538 }
539
540 /*----------------------------------------------------------------*/
541
542 static struct dm_bio_prison_cell_v2 *alloc_prison_cell(struct cache *cache)
543 {
544         return dm_bio_prison_alloc_cell_v2(cache->prison, GFP_NOWAIT);
545 }
546
547 static void free_prison_cell(struct cache *cache, struct dm_bio_prison_cell_v2 *cell)
548 {
549         dm_bio_prison_free_cell_v2(cache->prison, cell);
550 }
551
552 static struct dm_cache_migration *alloc_migration(struct cache *cache)
553 {
554         struct dm_cache_migration *mg;
555
556         mg = mempool_alloc(&cache->migration_pool, GFP_NOWAIT);
557         if (!mg)
558                 return NULL;
559
560         memset(mg, 0, sizeof(*mg));
561
562         mg->cache = cache;
563         atomic_inc(&cache->nr_allocated_migrations);
564
565         return mg;
566 }
567
568 static void free_migration(struct dm_cache_migration *mg)
569 {
570         struct cache *cache = mg->cache;
571
572         if (atomic_dec_and_test(&cache->nr_allocated_migrations))
573                 wake_up(&cache->migration_wait);
574
575         mempool_free(mg, &cache->migration_pool);
576 }
577
578 /*----------------------------------------------------------------*/
579
580 static inline dm_oblock_t oblock_succ(dm_oblock_t b)
581 {
582         return to_oblock(from_oblock(b) + 1ull);
583 }
584
585 static void build_key(dm_oblock_t begin, dm_oblock_t end, struct dm_cell_key_v2 *key)
586 {
587         key->virtual = 0;
588         key->dev = 0;
589         key->block_begin = from_oblock(begin);
590         key->block_end = from_oblock(end);
591 }
592
593 /*
594  * We have two lock levels.  Level 0, which is used to prevent WRITEs, and
595  * level 1 which prevents *both* READs and WRITEs.
596  */
597 #define WRITE_LOCK_LEVEL 0
598 #define READ_WRITE_LOCK_LEVEL 1
599
600 static unsigned lock_level(struct bio *bio)
601 {
602         return bio_data_dir(bio) == WRITE ?
603                 WRITE_LOCK_LEVEL :
604                 READ_WRITE_LOCK_LEVEL;
605 }
606
607 /*----------------------------------------------------------------
608  * Per bio data
609  *--------------------------------------------------------------*/
610
611 static struct per_bio_data *get_per_bio_data(struct bio *bio)
612 {
613         struct per_bio_data *pb = dm_per_bio_data(bio, sizeof(struct per_bio_data));
614         BUG_ON(!pb);
615         return pb;
616 }
617
618 static struct per_bio_data *init_per_bio_data(struct bio *bio)
619 {
620         struct per_bio_data *pb = get_per_bio_data(bio);
621
622         pb->tick = false;
623         pb->req_nr = dm_bio_get_target_bio_nr(bio);
624         pb->cell = NULL;
625         pb->len = 0;
626
627         return pb;
628 }
629
630 /*----------------------------------------------------------------*/
631
632 static void defer_bio(struct cache *cache, struct bio *bio)
633 {
634         unsigned long flags;
635
636         spin_lock_irqsave(&cache->lock, flags);
637         bio_list_add(&cache->deferred_bios, bio);
638         spin_unlock_irqrestore(&cache->lock, flags);
639
640         wake_deferred_bio_worker(cache);
641 }
642
643 static void defer_bios(struct cache *cache, struct bio_list *bios)
644 {
645         unsigned long flags;
646
647         spin_lock_irqsave(&cache->lock, flags);
648         bio_list_merge(&cache->deferred_bios, bios);
649         bio_list_init(bios);
650         spin_unlock_irqrestore(&cache->lock, flags);
651
652         wake_deferred_bio_worker(cache);
653 }
654
655 /*----------------------------------------------------------------*/
656
657 static bool bio_detain_shared(struct cache *cache, dm_oblock_t oblock, struct bio *bio)
658 {
659         bool r;
660         struct per_bio_data *pb;
661         struct dm_cell_key_v2 key;
662         dm_oblock_t end = to_oblock(from_oblock(oblock) + 1ULL);
663         struct dm_bio_prison_cell_v2 *cell_prealloc, *cell;
664
665         cell_prealloc = alloc_prison_cell(cache); /* FIXME: allow wait if calling from worker */
666         if (!cell_prealloc) {
667                 defer_bio(cache, bio);
668                 return false;
669         }
670
671         build_key(oblock, end, &key);
672         r = dm_cell_get_v2(cache->prison, &key, lock_level(bio), bio, cell_prealloc, &cell);
673         if (!r) {
674                 /*
675                  * Failed to get the lock.
676                  */
677                 free_prison_cell(cache, cell_prealloc);
678                 return r;
679         }
680
681         if (cell != cell_prealloc)
682                 free_prison_cell(cache, cell_prealloc);
683
684         pb = get_per_bio_data(bio);
685         pb->cell = cell;
686
687         return r;
688 }
689
690 /*----------------------------------------------------------------*/
691
692 static bool is_dirty(struct cache *cache, dm_cblock_t b)
693 {
694         return test_bit(from_cblock(b), cache->dirty_bitset);
695 }
696
697 static void set_dirty(struct cache *cache, dm_cblock_t cblock)
698 {
699         if (!test_and_set_bit(from_cblock(cblock), cache->dirty_bitset)) {
700                 atomic_inc(&cache->nr_dirty);
701                 policy_set_dirty(cache->policy, cblock);
702         }
703 }
704
705 /*
706  * These two are called when setting after migrations to force the policy
707  * and dirty bitset to be in sync.
708  */
709 static void force_set_dirty(struct cache *cache, dm_cblock_t cblock)
710 {
711         if (!test_and_set_bit(from_cblock(cblock), cache->dirty_bitset))
712                 atomic_inc(&cache->nr_dirty);
713         policy_set_dirty(cache->policy, cblock);
714 }
715
716 static void force_clear_dirty(struct cache *cache, dm_cblock_t cblock)
717 {
718         if (test_and_clear_bit(from_cblock(cblock), cache->dirty_bitset)) {
719                 if (atomic_dec_return(&cache->nr_dirty) == 0)
720                         dm_table_event(cache->ti->table);
721         }
722
723         policy_clear_dirty(cache->policy, cblock);
724 }
725
726 /*----------------------------------------------------------------*/
727
728 static bool block_size_is_power_of_two(struct cache *cache)
729 {
730         return cache->sectors_per_block_shift >= 0;
731 }
732
733 /* gcc on ARM generates spurious references to __udivdi3 and __umoddi3 */
734 #if defined(CONFIG_ARM) && __GNUC__ == 4 && __GNUC_MINOR__ <= 6
735 __always_inline
736 #endif
737 static dm_block_t block_div(dm_block_t b, uint32_t n)
738 {
739         do_div(b, n);
740
741         return b;
742 }
743
744 static dm_block_t oblocks_per_dblock(struct cache *cache)
745 {
746         dm_block_t oblocks = cache->discard_block_size;
747
748         if (block_size_is_power_of_two(cache))
749                 oblocks >>= cache->sectors_per_block_shift;
750         else
751                 oblocks = block_div(oblocks, cache->sectors_per_block);
752
753         return oblocks;
754 }
755
756 static dm_dblock_t oblock_to_dblock(struct cache *cache, dm_oblock_t oblock)
757 {
758         return to_dblock(block_div(from_oblock(oblock),
759                                    oblocks_per_dblock(cache)));
760 }
761
762 static void set_discard(struct cache *cache, dm_dblock_t b)
763 {
764         unsigned long flags;
765
766         BUG_ON(from_dblock(b) >= from_dblock(cache->discard_nr_blocks));
767         atomic_inc(&cache->stats.discard_count);
768
769         spin_lock_irqsave(&cache->lock, flags);
770         set_bit(from_dblock(b), cache->discard_bitset);
771         spin_unlock_irqrestore(&cache->lock, flags);
772 }
773
774 static void clear_discard(struct cache *cache, dm_dblock_t b)
775 {
776         unsigned long flags;
777
778         spin_lock_irqsave(&cache->lock, flags);
779         clear_bit(from_dblock(b), cache->discard_bitset);
780         spin_unlock_irqrestore(&cache->lock, flags);
781 }
782
783 static bool is_discarded(struct cache *cache, dm_dblock_t b)
784 {
785         int r;
786         unsigned long flags;
787
788         spin_lock_irqsave(&cache->lock, flags);
789         r = test_bit(from_dblock(b), cache->discard_bitset);
790         spin_unlock_irqrestore(&cache->lock, flags);
791
792         return r;
793 }
794
795 static bool is_discarded_oblock(struct cache *cache, dm_oblock_t b)
796 {
797         int r;
798         unsigned long flags;
799
800         spin_lock_irqsave(&cache->lock, flags);
801         r = test_bit(from_dblock(oblock_to_dblock(cache, b)),
802                      cache->discard_bitset);
803         spin_unlock_irqrestore(&cache->lock, flags);
804
805         return r;
806 }
807
808 /*----------------------------------------------------------------
809  * Remapping
810  *--------------------------------------------------------------*/
811 static void remap_to_origin(struct cache *cache, struct bio *bio)
812 {
813         bio_set_dev(bio, cache->origin_dev->bdev);
814 }
815
816 static void remap_to_cache(struct cache *cache, struct bio *bio,
817                            dm_cblock_t cblock)
818 {
819         sector_t bi_sector = bio->bi_iter.bi_sector;
820         sector_t block = from_cblock(cblock);
821
822         bio_set_dev(bio, cache->cache_dev->bdev);
823         if (!block_size_is_power_of_two(cache))
824                 bio->bi_iter.bi_sector =
825                         (block * cache->sectors_per_block) +
826                         sector_div(bi_sector, cache->sectors_per_block);
827         else
828                 bio->bi_iter.bi_sector =
829                         (block << cache->sectors_per_block_shift) |
830                         (bi_sector & (cache->sectors_per_block - 1));
831 }
832
833 static void check_if_tick_bio_needed(struct cache *cache, struct bio *bio)
834 {
835         unsigned long flags;
836         struct per_bio_data *pb;
837
838         spin_lock_irqsave(&cache->lock, flags);
839         if (cache->need_tick_bio && !op_is_flush(bio->bi_opf) &&
840             bio_op(bio) != REQ_OP_DISCARD) {
841                 pb = get_per_bio_data(bio);
842                 pb->tick = true;
843                 cache->need_tick_bio = false;
844         }
845         spin_unlock_irqrestore(&cache->lock, flags);
846 }
847
848 static void __remap_to_origin_clear_discard(struct cache *cache, struct bio *bio,
849                                             dm_oblock_t oblock, bool bio_has_pbd)
850 {
851         if (bio_has_pbd)
852                 check_if_tick_bio_needed(cache, bio);
853         remap_to_origin(cache, bio);
854         if (bio_data_dir(bio) == WRITE)
855                 clear_discard(cache, oblock_to_dblock(cache, oblock));
856 }
857
858 static void remap_to_origin_clear_discard(struct cache *cache, struct bio *bio,
859                                           dm_oblock_t oblock)
860 {
861         // FIXME: check_if_tick_bio_needed() is called way too much through this interface
862         __remap_to_origin_clear_discard(cache, bio, oblock, true);
863 }
864
865 static void remap_to_cache_dirty(struct cache *cache, struct bio *bio,
866                                  dm_oblock_t oblock, dm_cblock_t cblock)
867 {
868         check_if_tick_bio_needed(cache, bio);
869         remap_to_cache(cache, bio, cblock);
870         if (bio_data_dir(bio) == WRITE) {
871                 set_dirty(cache, cblock);
872                 clear_discard(cache, oblock_to_dblock(cache, oblock));
873         }
874 }
875
876 static dm_oblock_t get_bio_block(struct cache *cache, struct bio *bio)
877 {
878         sector_t block_nr = bio->bi_iter.bi_sector;
879
880         if (!block_size_is_power_of_two(cache))
881                 (void) sector_div(block_nr, cache->sectors_per_block);
882         else
883                 block_nr >>= cache->sectors_per_block_shift;
884
885         return to_oblock(block_nr);
886 }
887
888 static bool accountable_bio(struct cache *cache, struct bio *bio)
889 {
890         return bio_op(bio) != REQ_OP_DISCARD;
891 }
892
893 static void accounted_begin(struct cache *cache, struct bio *bio)
894 {
895         struct per_bio_data *pb;
896
897         if (accountable_bio(cache, bio)) {
898                 pb = get_per_bio_data(bio);
899                 pb->len = bio_sectors(bio);
900                 iot_io_begin(&cache->tracker, pb->len);
901         }
902 }
903
904 static void accounted_complete(struct cache *cache, struct bio *bio)
905 {
906         struct per_bio_data *pb = get_per_bio_data(bio);
907
908         iot_io_end(&cache->tracker, pb->len);
909 }
910
911 static void accounted_request(struct cache *cache, struct bio *bio)
912 {
913         accounted_begin(cache, bio);
914         generic_make_request(bio);
915 }
916
917 static void issue_op(struct bio *bio, void *context)
918 {
919         struct cache *cache = context;
920         accounted_request(cache, bio);
921 }
922
923 /*
924  * When running in writethrough mode we need to send writes to clean blocks
925  * to both the cache and origin devices.  Clone the bio and send them in parallel.
926  */
927 static void remap_to_origin_and_cache(struct cache *cache, struct bio *bio,
928                                       dm_oblock_t oblock, dm_cblock_t cblock)
929 {
930         struct bio *origin_bio = bio_clone_fast(bio, GFP_NOIO, &cache->bs);
931
932         BUG_ON(!origin_bio);
933
934         bio_chain(origin_bio, bio);
935         /*
936          * Passing false to __remap_to_origin_clear_discard() skips
937          * all code that might use per_bio_data (since clone doesn't have it)
938          */
939         __remap_to_origin_clear_discard(cache, origin_bio, oblock, false);
940         submit_bio(origin_bio);
941
942         remap_to_cache(cache, bio, cblock);
943 }
944
945 /*----------------------------------------------------------------
946  * Failure modes
947  *--------------------------------------------------------------*/
948 static enum cache_metadata_mode get_cache_mode(struct cache *cache)
949 {
950         return cache->features.mode;
951 }
952
953 static const char *cache_device_name(struct cache *cache)
954 {
955         return dm_device_name(dm_table_get_md(cache->ti->table));
956 }
957
958 static void notify_mode_switch(struct cache *cache, enum cache_metadata_mode mode)
959 {
960         const char *descs[] = {
961                 "write",
962                 "read-only",
963                 "fail"
964         };
965
966         dm_table_event(cache->ti->table);
967         DMINFO("%s: switching cache to %s mode",
968                cache_device_name(cache), descs[(int)mode]);
969 }
970
971 static void set_cache_mode(struct cache *cache, enum cache_metadata_mode new_mode)
972 {
973         bool needs_check;
974         enum cache_metadata_mode old_mode = get_cache_mode(cache);
975
976         if (dm_cache_metadata_needs_check(cache->cmd, &needs_check)) {
977                 DMERR("%s: unable to read needs_check flag, setting failure mode.",
978                       cache_device_name(cache));
979                 new_mode = CM_FAIL;
980         }
981
982         if (new_mode == CM_WRITE && needs_check) {
983                 DMERR("%s: unable to switch cache to write mode until repaired.",
984                       cache_device_name(cache));
985                 if (old_mode != new_mode)
986                         new_mode = old_mode;
987                 else
988                         new_mode = CM_READ_ONLY;
989         }
990
991         /* Never move out of fail mode */
992         if (old_mode == CM_FAIL)
993                 new_mode = CM_FAIL;
994
995         switch (new_mode) {
996         case CM_FAIL:
997         case CM_READ_ONLY:
998                 dm_cache_metadata_set_read_only(cache->cmd);
999                 break;
1000
1001         case CM_WRITE:
1002                 dm_cache_metadata_set_read_write(cache->cmd);
1003                 break;
1004         }
1005
1006         cache->features.mode = new_mode;
1007
1008         if (new_mode != old_mode)
1009                 notify_mode_switch(cache, new_mode);
1010 }
1011
1012 static void abort_transaction(struct cache *cache)
1013 {
1014         const char *dev_name = cache_device_name(cache);
1015
1016         if (get_cache_mode(cache) >= CM_READ_ONLY)
1017                 return;
1018
1019         if (dm_cache_metadata_set_needs_check(cache->cmd)) {
1020                 DMERR("%s: failed to set 'needs_check' flag in metadata", dev_name);
1021                 set_cache_mode(cache, CM_FAIL);
1022         }
1023
1024         DMERR_LIMIT("%s: aborting current metadata transaction", dev_name);
1025         if (dm_cache_metadata_abort(cache->cmd)) {
1026                 DMERR("%s: failed to abort metadata transaction", dev_name);
1027                 set_cache_mode(cache, CM_FAIL);
1028         }
1029 }
1030
1031 static void metadata_operation_failed(struct cache *cache, const char *op, int r)
1032 {
1033         DMERR_LIMIT("%s: metadata operation '%s' failed: error = %d",
1034                     cache_device_name(cache), op, r);
1035         abort_transaction(cache);
1036         set_cache_mode(cache, CM_READ_ONLY);
1037 }
1038
1039 /*----------------------------------------------------------------*/
1040
1041 static void load_stats(struct cache *cache)
1042 {
1043         struct dm_cache_statistics stats;
1044
1045         dm_cache_metadata_get_stats(cache->cmd, &stats);
1046         atomic_set(&cache->stats.read_hit, stats.read_hits);
1047         atomic_set(&cache->stats.read_miss, stats.read_misses);
1048         atomic_set(&cache->stats.write_hit, stats.write_hits);
1049         atomic_set(&cache->stats.write_miss, stats.write_misses);
1050 }
1051
1052 static void save_stats(struct cache *cache)
1053 {
1054         struct dm_cache_statistics stats;
1055
1056         if (get_cache_mode(cache) >= CM_READ_ONLY)
1057                 return;
1058
1059         stats.read_hits = atomic_read(&cache->stats.read_hit);
1060         stats.read_misses = atomic_read(&cache->stats.read_miss);
1061         stats.write_hits = atomic_read(&cache->stats.write_hit);
1062         stats.write_misses = atomic_read(&cache->stats.write_miss);
1063
1064         dm_cache_metadata_set_stats(cache->cmd, &stats);
1065 }
1066
1067 static void update_stats(struct cache_stats *stats, enum policy_operation op)
1068 {
1069         switch (op) {
1070         case POLICY_PROMOTE:
1071                 atomic_inc(&stats->promotion);
1072                 break;
1073
1074         case POLICY_DEMOTE:
1075                 atomic_inc(&stats->demotion);
1076                 break;
1077
1078         case POLICY_WRITEBACK:
1079                 atomic_inc(&stats->writeback);
1080                 break;
1081         }
1082 }
1083
1084 /*----------------------------------------------------------------
1085  * Migration processing
1086  *
1087  * Migration covers moving data from the origin device to the cache, or
1088  * vice versa.
1089  *--------------------------------------------------------------*/
1090
1091 static void inc_io_migrations(struct cache *cache)
1092 {
1093         atomic_inc(&cache->nr_io_migrations);
1094 }
1095
1096 static void dec_io_migrations(struct cache *cache)
1097 {
1098         atomic_dec(&cache->nr_io_migrations);
1099 }
1100
1101 static bool discard_or_flush(struct bio *bio)
1102 {
1103         return bio_op(bio) == REQ_OP_DISCARD || op_is_flush(bio->bi_opf);
1104 }
1105
1106 static void calc_discard_block_range(struct cache *cache, struct bio *bio,
1107                                      dm_dblock_t *b, dm_dblock_t *e)
1108 {
1109         sector_t sb = bio->bi_iter.bi_sector;
1110         sector_t se = bio_end_sector(bio);
1111
1112         *b = to_dblock(dm_sector_div_up(sb, cache->discard_block_size));
1113
1114         if (se - sb < cache->discard_block_size)
1115                 *e = *b;
1116         else
1117                 *e = to_dblock(block_div(se, cache->discard_block_size));
1118 }
1119
1120 /*----------------------------------------------------------------*/
1121
1122 static void prevent_background_work(struct cache *cache)
1123 {
1124         lockdep_off();
1125         down_write(&cache->background_work_lock);
1126         lockdep_on();
1127 }
1128
1129 static void allow_background_work(struct cache *cache)
1130 {
1131         lockdep_off();
1132         up_write(&cache->background_work_lock);
1133         lockdep_on();
1134 }
1135
1136 static bool background_work_begin(struct cache *cache)
1137 {
1138         bool r;
1139
1140         lockdep_off();
1141         r = down_read_trylock(&cache->background_work_lock);
1142         lockdep_on();
1143
1144         return r;
1145 }
1146
1147 static void background_work_end(struct cache *cache)
1148 {
1149         lockdep_off();
1150         up_read(&cache->background_work_lock);
1151         lockdep_on();
1152 }
1153
1154 /*----------------------------------------------------------------*/
1155
1156 static bool bio_writes_complete_block(struct cache *cache, struct bio *bio)
1157 {
1158         return (bio_data_dir(bio) == WRITE) &&
1159                 (bio->bi_iter.bi_size == (cache->sectors_per_block << SECTOR_SHIFT));
1160 }
1161
1162 static bool optimisable_bio(struct cache *cache, struct bio *bio, dm_oblock_t block)
1163 {
1164         return writeback_mode(cache) &&
1165                 (is_discarded_oblock(cache, block) || bio_writes_complete_block(cache, bio));
1166 }
1167
1168 static void quiesce(struct dm_cache_migration *mg,
1169                     void (*continuation)(struct work_struct *))
1170 {
1171         init_continuation(&mg->k, continuation);
1172         dm_cell_quiesce_v2(mg->cache->prison, mg->cell, &mg->k.ws);
1173 }
1174
1175 static struct dm_cache_migration *ws_to_mg(struct work_struct *ws)
1176 {
1177         struct continuation *k = container_of(ws, struct continuation, ws);
1178         return container_of(k, struct dm_cache_migration, k);
1179 }
1180
1181 static void copy_complete(int read_err, unsigned long write_err, void *context)
1182 {
1183         struct dm_cache_migration *mg = container_of(context, struct dm_cache_migration, k);
1184
1185         if (read_err || write_err)
1186                 mg->k.input = BLK_STS_IOERR;
1187
1188         queue_continuation(mg->cache->wq, &mg->k);
1189 }
1190
1191 static void copy(struct dm_cache_migration *mg, bool promote)
1192 {
1193         struct dm_io_region o_region, c_region;
1194         struct cache *cache = mg->cache;
1195
1196         o_region.bdev = cache->origin_dev->bdev;
1197         o_region.sector = from_oblock(mg->op->oblock) * cache->sectors_per_block;
1198         o_region.count = cache->sectors_per_block;
1199
1200         c_region.bdev = cache->cache_dev->bdev;
1201         c_region.sector = from_cblock(mg->op->cblock) * cache->sectors_per_block;
1202         c_region.count = cache->sectors_per_block;
1203
1204         if (promote)
1205                 dm_kcopyd_copy(cache->copier, &o_region, 1, &c_region, 0, copy_complete, &mg->k);
1206         else
1207                 dm_kcopyd_copy(cache->copier, &c_region, 1, &o_region, 0, copy_complete, &mg->k);
1208 }
1209
1210 static void bio_drop_shared_lock(struct cache *cache, struct bio *bio)
1211 {
1212         struct per_bio_data *pb = get_per_bio_data(bio);
1213
1214         if (pb->cell && dm_cell_put_v2(cache->prison, pb->cell))
1215                 free_prison_cell(cache, pb->cell);
1216         pb->cell = NULL;
1217 }
1218
1219 static void overwrite_endio(struct bio *bio)
1220 {
1221         struct dm_cache_migration *mg = bio->bi_private;
1222         struct cache *cache = mg->cache;
1223         struct per_bio_data *pb = get_per_bio_data(bio);
1224
1225         dm_unhook_bio(&pb->hook_info, bio);
1226
1227         if (bio->bi_status)
1228                 mg->k.input = bio->bi_status;
1229
1230         queue_continuation(cache->wq, &mg->k);
1231 }
1232
1233 static void overwrite(struct dm_cache_migration *mg,
1234                       void (*continuation)(struct work_struct *))
1235 {
1236         struct bio *bio = mg->overwrite_bio;
1237         struct per_bio_data *pb = get_per_bio_data(bio);
1238
1239         dm_hook_bio(&pb->hook_info, bio, overwrite_endio, mg);
1240
1241         /*
1242          * The overwrite bio is part of the copy operation, as such it does
1243          * not set/clear discard or dirty flags.
1244          */
1245         if (mg->op->op == POLICY_PROMOTE)
1246                 remap_to_cache(mg->cache, bio, mg->op->cblock);
1247         else
1248                 remap_to_origin(mg->cache, bio);
1249
1250         init_continuation(&mg->k, continuation);
1251         accounted_request(mg->cache, bio);
1252 }
1253
1254 /*
1255  * Migration steps:
1256  *
1257  * 1) exclusive lock preventing WRITEs
1258  * 2) quiesce
1259  * 3) copy or issue overwrite bio
1260  * 4) upgrade to exclusive lock preventing READs and WRITEs
1261  * 5) quiesce
1262  * 6) update metadata and commit
1263  * 7) unlock
1264  */
1265 static void mg_complete(struct dm_cache_migration *mg, bool success)
1266 {
1267         struct bio_list bios;
1268         struct cache *cache = mg->cache;
1269         struct policy_work *op = mg->op;
1270         dm_cblock_t cblock = op->cblock;
1271
1272         if (success)
1273                 update_stats(&cache->stats, op->op);
1274
1275         switch (op->op) {
1276         case POLICY_PROMOTE:
1277                 clear_discard(cache, oblock_to_dblock(cache, op->oblock));
1278                 policy_complete_background_work(cache->policy, op, success);
1279
1280                 if (mg->overwrite_bio) {
1281                         if (success)
1282                                 force_set_dirty(cache, cblock);
1283                         else if (mg->k.input)
1284                                 mg->overwrite_bio->bi_status = mg->k.input;
1285                         else
1286                                 mg->overwrite_bio->bi_status = BLK_STS_IOERR;
1287                         bio_endio(mg->overwrite_bio);
1288                 } else {
1289                         if (success)
1290                                 force_clear_dirty(cache, cblock);
1291                         dec_io_migrations(cache);
1292                 }
1293                 break;
1294
1295         case POLICY_DEMOTE:
1296                 /*
1297                  * We clear dirty here to update the nr_dirty counter.
1298                  */
1299                 if (success)
1300                         force_clear_dirty(cache, cblock);
1301                 policy_complete_background_work(cache->policy, op, success);
1302                 dec_io_migrations(cache);
1303                 break;
1304
1305         case POLICY_WRITEBACK:
1306                 if (success)
1307                         force_clear_dirty(cache, cblock);
1308                 policy_complete_background_work(cache->policy, op, success);
1309                 dec_io_migrations(cache);
1310                 break;
1311         }
1312
1313         bio_list_init(&bios);
1314         if (mg->cell) {
1315                 if (dm_cell_unlock_v2(cache->prison, mg->cell, &bios))
1316                         free_prison_cell(cache, mg->cell);
1317         }
1318
1319         free_migration(mg);
1320         defer_bios(cache, &bios);
1321         wake_migration_worker(cache);
1322
1323         background_work_end(cache);
1324 }
1325
1326 static void mg_success(struct work_struct *ws)
1327 {
1328         struct dm_cache_migration *mg = ws_to_mg(ws);
1329         mg_complete(mg, mg->k.input == 0);
1330 }
1331
1332 static void mg_update_metadata(struct work_struct *ws)
1333 {
1334         int r;
1335         struct dm_cache_migration *mg = ws_to_mg(ws);
1336         struct cache *cache = mg->cache;
1337         struct policy_work *op = mg->op;
1338
1339         switch (op->op) {
1340         case POLICY_PROMOTE:
1341                 r = dm_cache_insert_mapping(cache->cmd, op->cblock, op->oblock);
1342                 if (r) {
1343                         DMERR_LIMIT("%s: migration failed; couldn't insert mapping",
1344                                     cache_device_name(cache));
1345                         metadata_operation_failed(cache, "dm_cache_insert_mapping", r);
1346
1347                         mg_complete(mg, false);
1348                         return;
1349                 }
1350                 mg_complete(mg, true);
1351                 break;
1352
1353         case POLICY_DEMOTE:
1354                 r = dm_cache_remove_mapping(cache->cmd, op->cblock);
1355                 if (r) {
1356                         DMERR_LIMIT("%s: migration failed; couldn't update on disk metadata",
1357                                     cache_device_name(cache));
1358                         metadata_operation_failed(cache, "dm_cache_remove_mapping", r);
1359
1360                         mg_complete(mg, false);
1361                         return;
1362                 }
1363
1364                 /*
1365                  * It would be nice if we only had to commit when a REQ_FLUSH
1366                  * comes through.  But there's one scenario that we have to
1367                  * look out for:
1368                  *
1369                  * - vblock x in a cache block
1370                  * - domotion occurs
1371                  * - cache block gets reallocated and over written
1372                  * - crash
1373                  *
1374                  * When we recover, because there was no commit the cache will
1375                  * rollback to having the data for vblock x in the cache block.
1376                  * But the cache block has since been overwritten, so it'll end
1377                  * up pointing to data that was never in 'x' during the history
1378                  * of the device.
1379                  *
1380                  * To avoid this issue we require a commit as part of the
1381                  * demotion operation.
1382                  */
1383                 init_continuation(&mg->k, mg_success);
1384                 continue_after_commit(&cache->committer, &mg->k);
1385                 schedule_commit(&cache->committer);
1386                 break;
1387
1388         case POLICY_WRITEBACK:
1389                 mg_complete(mg, true);
1390                 break;
1391         }
1392 }
1393
1394 static void mg_update_metadata_after_copy(struct work_struct *ws)
1395 {
1396         struct dm_cache_migration *mg = ws_to_mg(ws);
1397
1398         /*
1399          * Did the copy succeed?
1400          */
1401         if (mg->k.input)
1402                 mg_complete(mg, false);
1403         else
1404                 mg_update_metadata(ws);
1405 }
1406
1407 static void mg_upgrade_lock(struct work_struct *ws)
1408 {
1409         int r;
1410         struct dm_cache_migration *mg = ws_to_mg(ws);
1411
1412         /*
1413          * Did the copy succeed?
1414          */
1415         if (mg->k.input)
1416                 mg_complete(mg, false);
1417
1418         else {
1419                 /*
1420                  * Now we want the lock to prevent both reads and writes.
1421                  */
1422                 r = dm_cell_lock_promote_v2(mg->cache->prison, mg->cell,
1423                                             READ_WRITE_LOCK_LEVEL);
1424                 if (r < 0)
1425                         mg_complete(mg, false);
1426
1427                 else if (r)
1428                         quiesce(mg, mg_update_metadata);
1429
1430                 else
1431                         mg_update_metadata(ws);
1432         }
1433 }
1434
1435 static void mg_full_copy(struct work_struct *ws)
1436 {
1437         struct dm_cache_migration *mg = ws_to_mg(ws);
1438         struct cache *cache = mg->cache;
1439         struct policy_work *op = mg->op;
1440         bool is_policy_promote = (op->op == POLICY_PROMOTE);
1441
1442         if ((!is_policy_promote && !is_dirty(cache, op->cblock)) ||
1443             is_discarded_oblock(cache, op->oblock)) {
1444                 mg_upgrade_lock(ws);
1445                 return;
1446         }
1447
1448         init_continuation(&mg->k, mg_upgrade_lock);
1449         copy(mg, is_policy_promote);
1450 }
1451
1452 static void mg_copy(struct work_struct *ws)
1453 {
1454         struct dm_cache_migration *mg = ws_to_mg(ws);
1455
1456         if (mg->overwrite_bio) {
1457                 /*
1458                  * No exclusive lock was held when we last checked if the bio
1459                  * was optimisable.  So we have to check again in case things
1460                  * have changed (eg, the block may no longer be discarded).
1461                  */
1462                 if (!optimisable_bio(mg->cache, mg->overwrite_bio, mg->op->oblock)) {
1463                         /*
1464                          * Fallback to a real full copy after doing some tidying up.
1465                          */
1466                         bool rb = bio_detain_shared(mg->cache, mg->op->oblock, mg->overwrite_bio);
1467                         BUG_ON(rb); /* An exclussive lock must _not_ be held for this block */
1468                         mg->overwrite_bio = NULL;
1469                         inc_io_migrations(mg->cache);
1470                         mg_full_copy(ws);
1471                         return;
1472                 }
1473
1474                 /*
1475                  * It's safe to do this here, even though it's new data
1476                  * because all IO has been locked out of the block.
1477                  *
1478                  * mg_lock_writes() already took READ_WRITE_LOCK_LEVEL
1479                  * so _not_ using mg_upgrade_lock() as continutation.
1480                  */
1481                 overwrite(mg, mg_update_metadata_after_copy);
1482
1483         } else
1484                 mg_full_copy(ws);
1485 }
1486
1487 static int mg_lock_writes(struct dm_cache_migration *mg)
1488 {
1489         int r;
1490         struct dm_cell_key_v2 key;
1491         struct cache *cache = mg->cache;
1492         struct dm_bio_prison_cell_v2 *prealloc;
1493
1494         prealloc = alloc_prison_cell(cache);
1495         if (!prealloc) {
1496                 DMERR_LIMIT("%s: alloc_prison_cell failed", cache_device_name(cache));
1497                 mg_complete(mg, false);
1498                 return -ENOMEM;
1499         }
1500
1501         /*
1502          * Prevent writes to the block, but allow reads to continue.
1503          * Unless we're using an overwrite bio, in which case we lock
1504          * everything.
1505          */
1506         build_key(mg->op->oblock, oblock_succ(mg->op->oblock), &key);
1507         r = dm_cell_lock_v2(cache->prison, &key,
1508                             mg->overwrite_bio ?  READ_WRITE_LOCK_LEVEL : WRITE_LOCK_LEVEL,
1509                             prealloc, &mg->cell);
1510         if (r < 0) {
1511                 free_prison_cell(cache, prealloc);
1512                 mg_complete(mg, false);
1513                 return r;
1514         }
1515
1516         if (mg->cell != prealloc)
1517                 free_prison_cell(cache, prealloc);
1518
1519         if (r == 0)
1520                 mg_copy(&mg->k.ws);
1521         else
1522                 quiesce(mg, mg_copy);
1523
1524         return 0;
1525 }
1526
1527 static int mg_start(struct cache *cache, struct policy_work *op, struct bio *bio)
1528 {
1529         struct dm_cache_migration *mg;
1530
1531         if (!background_work_begin(cache)) {
1532                 policy_complete_background_work(cache->policy, op, false);
1533                 return -EPERM;
1534         }
1535
1536         mg = alloc_migration(cache);
1537         if (!mg) {
1538                 policy_complete_background_work(cache->policy, op, false);
1539                 background_work_end(cache);
1540                 return -ENOMEM;
1541         }
1542
1543         mg->op = op;
1544         mg->overwrite_bio = bio;
1545
1546         if (!bio)
1547                 inc_io_migrations(cache);
1548
1549         return mg_lock_writes(mg);
1550 }
1551
1552 /*----------------------------------------------------------------
1553  * invalidation processing
1554  *--------------------------------------------------------------*/
1555
1556 static void invalidate_complete(struct dm_cache_migration *mg, bool success)
1557 {
1558         struct bio_list bios;
1559         struct cache *cache = mg->cache;
1560
1561         bio_list_init(&bios);
1562         if (dm_cell_unlock_v2(cache->prison, mg->cell, &bios))
1563                 free_prison_cell(cache, mg->cell);
1564
1565         if (!success && mg->overwrite_bio)
1566                 bio_io_error(mg->overwrite_bio);
1567
1568         free_migration(mg);
1569         defer_bios(cache, &bios);
1570
1571         background_work_end(cache);
1572 }
1573
1574 static void invalidate_completed(struct work_struct *ws)
1575 {
1576         struct dm_cache_migration *mg = ws_to_mg(ws);
1577         invalidate_complete(mg, !mg->k.input);
1578 }
1579
1580 static int invalidate_cblock(struct cache *cache, dm_cblock_t cblock)
1581 {
1582         int r = policy_invalidate_mapping(cache->policy, cblock);
1583         if (!r) {
1584                 r = dm_cache_remove_mapping(cache->cmd, cblock);
1585                 if (r) {
1586                         DMERR_LIMIT("%s: invalidation failed; couldn't update on disk metadata",
1587                                     cache_device_name(cache));
1588                         metadata_operation_failed(cache, "dm_cache_remove_mapping", r);
1589                 }
1590
1591         } else if (r == -ENODATA) {
1592                 /*
1593                  * Harmless, already unmapped.
1594                  */
1595                 r = 0;
1596
1597         } else
1598                 DMERR("%s: policy_invalidate_mapping failed", cache_device_name(cache));
1599
1600         return r;
1601 }
1602
1603 static void invalidate_remove(struct work_struct *ws)
1604 {
1605         int r;
1606         struct dm_cache_migration *mg = ws_to_mg(ws);
1607         struct cache *cache = mg->cache;
1608
1609         r = invalidate_cblock(cache, mg->invalidate_cblock);
1610         if (r) {
1611                 invalidate_complete(mg, false);
1612                 return;
1613         }
1614
1615         init_continuation(&mg->k, invalidate_completed);
1616         continue_after_commit(&cache->committer, &mg->k);
1617         remap_to_origin_clear_discard(cache, mg->overwrite_bio, mg->invalidate_oblock);
1618         mg->overwrite_bio = NULL;
1619         schedule_commit(&cache->committer);
1620 }
1621
1622 static int invalidate_lock(struct dm_cache_migration *mg)
1623 {
1624         int r;
1625         struct dm_cell_key_v2 key;
1626         struct cache *cache = mg->cache;
1627         struct dm_bio_prison_cell_v2 *prealloc;
1628
1629         prealloc = alloc_prison_cell(cache);
1630         if (!prealloc) {
1631                 invalidate_complete(mg, false);
1632                 return -ENOMEM;
1633         }
1634
1635         build_key(mg->invalidate_oblock, oblock_succ(mg->invalidate_oblock), &key);
1636         r = dm_cell_lock_v2(cache->prison, &key,
1637                             READ_WRITE_LOCK_LEVEL, prealloc, &mg->cell);
1638         if (r < 0) {
1639                 free_prison_cell(cache, prealloc);
1640                 invalidate_complete(mg, false);
1641                 return r;
1642         }
1643
1644         if (mg->cell != prealloc)
1645                 free_prison_cell(cache, prealloc);
1646
1647         if (r)
1648                 quiesce(mg, invalidate_remove);
1649
1650         else {
1651                 /*
1652                  * We can't call invalidate_remove() directly here because we
1653                  * might still be in request context.
1654                  */
1655                 init_continuation(&mg->k, invalidate_remove);
1656                 queue_work(cache->wq, &mg->k.ws);
1657         }
1658
1659         return 0;
1660 }
1661
1662 static int invalidate_start(struct cache *cache, dm_cblock_t cblock,
1663                             dm_oblock_t oblock, struct bio *bio)
1664 {
1665         struct dm_cache_migration *mg;
1666
1667         if (!background_work_begin(cache))
1668                 return -EPERM;
1669
1670         mg = alloc_migration(cache);
1671         if (!mg) {
1672                 background_work_end(cache);
1673                 return -ENOMEM;
1674         }
1675
1676         mg->overwrite_bio = bio;
1677         mg->invalidate_cblock = cblock;
1678         mg->invalidate_oblock = oblock;
1679
1680         return invalidate_lock(mg);
1681 }
1682
1683 /*----------------------------------------------------------------
1684  * bio processing
1685  *--------------------------------------------------------------*/
1686
1687 enum busy {
1688         IDLE,
1689         BUSY
1690 };
1691
1692 static enum busy spare_migration_bandwidth(struct cache *cache)
1693 {
1694         bool idle = iot_idle_for(&cache->tracker, HZ);
1695         sector_t current_volume = (atomic_read(&cache->nr_io_migrations) + 1) *
1696                 cache->sectors_per_block;
1697
1698         if (idle && current_volume <= cache->migration_threshold)
1699                 return IDLE;
1700         else
1701                 return BUSY;
1702 }
1703
1704 static void inc_hit_counter(struct cache *cache, struct bio *bio)
1705 {
1706         atomic_inc(bio_data_dir(bio) == READ ?
1707                    &cache->stats.read_hit : &cache->stats.write_hit);
1708 }
1709
1710 static void inc_miss_counter(struct cache *cache, struct bio *bio)
1711 {
1712         atomic_inc(bio_data_dir(bio) == READ ?
1713                    &cache->stats.read_miss : &cache->stats.write_miss);
1714 }
1715
1716 /*----------------------------------------------------------------*/
1717
1718 static int map_bio(struct cache *cache, struct bio *bio, dm_oblock_t block,
1719                    bool *commit_needed)
1720 {
1721         int r, data_dir;
1722         bool rb, background_queued;
1723         dm_cblock_t cblock;
1724
1725         *commit_needed = false;
1726
1727         rb = bio_detain_shared(cache, block, bio);
1728         if (!rb) {
1729                 /*
1730                  * An exclusive lock is held for this block, so we have to
1731                  * wait.  We set the commit_needed flag so the current
1732                  * transaction will be committed asap, allowing this lock
1733                  * to be dropped.
1734                  */
1735                 *commit_needed = true;
1736                 return DM_MAPIO_SUBMITTED;
1737         }
1738
1739         data_dir = bio_data_dir(bio);
1740
1741         if (optimisable_bio(cache, bio, block)) {
1742                 struct policy_work *op = NULL;
1743
1744                 r = policy_lookup_with_work(cache->policy, block, &cblock, data_dir, true, &op);
1745                 if (unlikely(r && r != -ENOENT)) {
1746                         DMERR_LIMIT("%s: policy_lookup_with_work() failed with r = %d",
1747                                     cache_device_name(cache), r);
1748                         bio_io_error(bio);
1749                         return DM_MAPIO_SUBMITTED;
1750                 }
1751
1752                 if (r == -ENOENT && op) {
1753                         bio_drop_shared_lock(cache, bio);
1754                         BUG_ON(op->op != POLICY_PROMOTE);
1755                         mg_start(cache, op, bio);
1756                         return DM_MAPIO_SUBMITTED;
1757                 }
1758         } else {
1759                 r = policy_lookup(cache->policy, block, &cblock, data_dir, false, &background_queued);
1760                 if (unlikely(r && r != -ENOENT)) {
1761                         DMERR_LIMIT("%s: policy_lookup() failed with r = %d",
1762                                     cache_device_name(cache), r);
1763                         bio_io_error(bio);
1764                         return DM_MAPIO_SUBMITTED;
1765                 }
1766
1767                 if (background_queued)
1768                         wake_migration_worker(cache);
1769         }
1770
1771         if (r == -ENOENT) {
1772                 struct per_bio_data *pb = get_per_bio_data(bio);
1773
1774                 /*
1775                  * Miss.
1776                  */
1777                 inc_miss_counter(cache, bio);
1778                 if (pb->req_nr == 0) {
1779                         accounted_begin(cache, bio);
1780                         remap_to_origin_clear_discard(cache, bio, block);
1781                 } else {
1782                         /*
1783                          * This is a duplicate writethrough io that is no
1784                          * longer needed because the block has been demoted.
1785                          */
1786                         bio_endio(bio);
1787                         return DM_MAPIO_SUBMITTED;
1788                 }
1789         } else {
1790                 /*
1791                  * Hit.
1792                  */
1793                 inc_hit_counter(cache, bio);
1794
1795                 /*
1796                  * Passthrough always maps to the origin, invalidating any
1797                  * cache blocks that are written to.
1798                  */
1799                 if (passthrough_mode(cache)) {
1800                         if (bio_data_dir(bio) == WRITE) {
1801                                 bio_drop_shared_lock(cache, bio);
1802                                 atomic_inc(&cache->stats.demotion);
1803                                 invalidate_start(cache, cblock, block, bio);
1804                         } else
1805                                 remap_to_origin_clear_discard(cache, bio, block);
1806                 } else {
1807                         if (bio_data_dir(bio) == WRITE && writethrough_mode(cache) &&
1808                             !is_dirty(cache, cblock)) {
1809                                 remap_to_origin_and_cache(cache, bio, block, cblock);
1810                                 accounted_begin(cache, bio);
1811                         } else
1812                                 remap_to_cache_dirty(cache, bio, block, cblock);
1813                 }
1814         }
1815
1816         /*
1817          * dm core turns FUA requests into a separate payload and FLUSH req.
1818          */
1819         if (bio->bi_opf & REQ_FUA) {
1820                 /*
1821                  * issue_after_commit will call accounted_begin a second time.  So
1822                  * we call accounted_complete() to avoid double accounting.
1823                  */
1824                 accounted_complete(cache, bio);
1825                 issue_after_commit(&cache->committer, bio);
1826                 *commit_needed = true;
1827                 return DM_MAPIO_SUBMITTED;
1828         }
1829
1830         return DM_MAPIO_REMAPPED;
1831 }
1832
1833 static bool process_bio(struct cache *cache, struct bio *bio)
1834 {
1835         bool commit_needed;
1836
1837         if (map_bio(cache, bio, get_bio_block(cache, bio), &commit_needed) == DM_MAPIO_REMAPPED)
1838                 generic_make_request(bio);
1839
1840         return commit_needed;
1841 }
1842
1843 /*
1844  * A non-zero return indicates read_only or fail_io mode.
1845  */
1846 static int commit(struct cache *cache, bool clean_shutdown)
1847 {
1848         int r;
1849
1850         if (get_cache_mode(cache) >= CM_READ_ONLY)
1851                 return -EINVAL;
1852
1853         atomic_inc(&cache->stats.commit_count);
1854         r = dm_cache_commit(cache->cmd, clean_shutdown);
1855         if (r)
1856                 metadata_operation_failed(cache, "dm_cache_commit", r);
1857
1858         return r;
1859 }
1860
1861 /*
1862  * Used by the batcher.
1863  */
1864 static blk_status_t commit_op(void *context)
1865 {
1866         struct cache *cache = context;
1867
1868         if (dm_cache_changed_this_transaction(cache->cmd))
1869                 return errno_to_blk_status(commit(cache, false));
1870
1871         return 0;
1872 }
1873
1874 /*----------------------------------------------------------------*/
1875
1876 static bool process_flush_bio(struct cache *cache, struct bio *bio)
1877 {
1878         struct per_bio_data *pb = get_per_bio_data(bio);
1879
1880         if (!pb->req_nr)
1881                 remap_to_origin(cache, bio);
1882         else
1883                 remap_to_cache(cache, bio, 0);
1884
1885         issue_after_commit(&cache->committer, bio);
1886         return true;
1887 }
1888
1889 static bool process_discard_bio(struct cache *cache, struct bio *bio)
1890 {
1891         dm_dblock_t b, e;
1892
1893         // FIXME: do we need to lock the region?  Or can we just assume the
1894         // user wont be so foolish as to issue discard concurrently with
1895         // other IO?
1896         calc_discard_block_range(cache, bio, &b, &e);
1897         while (b != e) {
1898                 set_discard(cache, b);
1899                 b = to_dblock(from_dblock(b) + 1);
1900         }
1901
1902         bio_endio(bio);
1903
1904         return false;
1905 }
1906
1907 static void process_deferred_bios(struct work_struct *ws)
1908 {
1909         struct cache *cache = container_of(ws, struct cache, deferred_bio_worker);
1910
1911         unsigned long flags;
1912         bool commit_needed = false;
1913         struct bio_list bios;
1914         struct bio *bio;
1915
1916         bio_list_init(&bios);
1917
1918         spin_lock_irqsave(&cache->lock, flags);
1919         bio_list_merge(&bios, &cache->deferred_bios);
1920         bio_list_init(&cache->deferred_bios);
1921         spin_unlock_irqrestore(&cache->lock, flags);
1922
1923         while ((bio = bio_list_pop(&bios))) {
1924                 if (bio->bi_opf & REQ_PREFLUSH)
1925                         commit_needed = process_flush_bio(cache, bio) || commit_needed;
1926
1927                 else if (bio_op(bio) == REQ_OP_DISCARD)
1928                         commit_needed = process_discard_bio(cache, bio) || commit_needed;
1929
1930                 else
1931                         commit_needed = process_bio(cache, bio) || commit_needed;
1932         }
1933
1934         if (commit_needed)
1935                 schedule_commit(&cache->committer);
1936 }
1937
1938 /*----------------------------------------------------------------
1939  * Main worker loop
1940  *--------------------------------------------------------------*/
1941
1942 static void requeue_deferred_bios(struct cache *cache)
1943 {
1944         struct bio *bio;
1945         struct bio_list bios;
1946
1947         bio_list_init(&bios);
1948         bio_list_merge(&bios, &cache->deferred_bios);
1949         bio_list_init(&cache->deferred_bios);
1950
1951         while ((bio = bio_list_pop(&bios))) {
1952                 bio->bi_status = BLK_STS_DM_REQUEUE;
1953                 bio_endio(bio);
1954         }
1955 }
1956
1957 /*
1958  * We want to commit periodically so that not too much
1959  * unwritten metadata builds up.
1960  */
1961 static void do_waker(struct work_struct *ws)
1962 {
1963         struct cache *cache = container_of(to_delayed_work(ws), struct cache, waker);
1964
1965         policy_tick(cache->policy, true);
1966         wake_migration_worker(cache);
1967         schedule_commit(&cache->committer);
1968         queue_delayed_work(cache->wq, &cache->waker, COMMIT_PERIOD);
1969 }
1970
1971 static void check_migrations(struct work_struct *ws)
1972 {
1973         int r;
1974         struct policy_work *op;
1975         struct cache *cache = container_of(ws, struct cache, migration_worker);
1976         enum busy b;
1977
1978         for (;;) {
1979                 b = spare_migration_bandwidth(cache);
1980
1981                 r = policy_get_background_work(cache->policy, b == IDLE, &op);
1982                 if (r == -ENODATA)
1983                         break;
1984
1985                 if (r) {
1986                         DMERR_LIMIT("%s: policy_background_work failed",
1987                                     cache_device_name(cache));
1988                         break;
1989                 }
1990
1991                 r = mg_start(cache, op, NULL);
1992                 if (r)
1993                         break;
1994         }
1995 }
1996
1997 /*----------------------------------------------------------------
1998  * Target methods
1999  *--------------------------------------------------------------*/
2000
2001 /*
2002  * This function gets called on the error paths of the constructor, so we
2003  * have to cope with a partially initialised struct.
2004  */
2005 static void destroy(struct cache *cache)
2006 {
2007         unsigned i;
2008
2009         mempool_exit(&cache->migration_pool);
2010
2011         if (cache->prison)
2012                 dm_bio_prison_destroy_v2(cache->prison);
2013
2014         if (cache->wq)
2015                 destroy_workqueue(cache->wq);
2016
2017         if (cache->dirty_bitset)
2018                 free_bitset(cache->dirty_bitset);
2019
2020         if (cache->discard_bitset)
2021                 free_bitset(cache->discard_bitset);
2022
2023         if (cache->copier)
2024                 dm_kcopyd_client_destroy(cache->copier);
2025
2026         if (cache->cmd)
2027                 dm_cache_metadata_close(cache->cmd);
2028
2029         if (cache->metadata_dev)
2030                 dm_put_device(cache->ti, cache->metadata_dev);
2031
2032         if (cache->origin_dev)
2033                 dm_put_device(cache->ti, cache->origin_dev);
2034
2035         if (cache->cache_dev)
2036                 dm_put_device(cache->ti, cache->cache_dev);
2037
2038         if (cache->policy)
2039                 dm_cache_policy_destroy(cache->policy);
2040
2041         for (i = 0; i < cache->nr_ctr_args ; i++)
2042                 kfree(cache->ctr_args[i]);
2043         kfree(cache->ctr_args);
2044
2045         bioset_exit(&cache->bs);
2046
2047         kfree(cache);
2048 }
2049
2050 static void cache_dtr(struct dm_target *ti)
2051 {
2052         struct cache *cache = ti->private;
2053
2054         destroy(cache);
2055 }
2056
2057 static sector_t get_dev_size(struct dm_dev *dev)
2058 {
2059         return i_size_read(dev->bdev->bd_inode) >> SECTOR_SHIFT;
2060 }
2061
2062 /*----------------------------------------------------------------*/
2063
2064 /*
2065  * Construct a cache device mapping.
2066  *
2067  * cache <metadata dev> <cache dev> <origin dev> <block size>
2068  *       <#feature args> [<feature arg>]*
2069  *       <policy> <#policy args> [<policy arg>]*
2070  *
2071  * metadata dev    : fast device holding the persistent metadata
2072  * cache dev       : fast device holding cached data blocks
2073  * origin dev      : slow device holding original data blocks
2074  * block size      : cache unit size in sectors
2075  *
2076  * #feature args   : number of feature arguments passed
2077  * feature args    : writethrough.  (The default is writeback.)
2078  *
2079  * policy          : the replacement policy to use
2080  * #policy args    : an even number of policy arguments corresponding
2081  *                   to key/value pairs passed to the policy
2082  * policy args     : key/value pairs passed to the policy
2083  *                   E.g. 'sequential_threshold 1024'
2084  *                   See cache-policies.txt for details.
2085  *
2086  * Optional feature arguments are:
2087  *   writethrough  : write through caching that prohibits cache block
2088  *                   content from being different from origin block content.
2089  *                   Without this argument, the default behaviour is to write
2090  *                   back cache block contents later for performance reasons,
2091  *                   so they may differ from the corresponding origin blocks.
2092  */
2093 struct cache_args {
2094         struct dm_target *ti;
2095
2096         struct dm_dev *metadata_dev;
2097
2098         struct dm_dev *cache_dev;
2099         sector_t cache_sectors;
2100
2101         struct dm_dev *origin_dev;
2102         sector_t origin_sectors;
2103
2104         uint32_t block_size;
2105
2106         const char *policy_name;
2107         int policy_argc;
2108         const char **policy_argv;
2109
2110         struct cache_features features;
2111 };
2112
2113 static void destroy_cache_args(struct cache_args *ca)
2114 {
2115         if (ca->metadata_dev)
2116                 dm_put_device(ca->ti, ca->metadata_dev);
2117
2118         if (ca->cache_dev)
2119                 dm_put_device(ca->ti, ca->cache_dev);
2120
2121         if (ca->origin_dev)
2122                 dm_put_device(ca->ti, ca->origin_dev);
2123
2124         kfree(ca);
2125 }
2126
2127 static bool at_least_one_arg(struct dm_arg_set *as, char **error)
2128 {
2129         if (!as->argc) {
2130                 *error = "Insufficient args";
2131                 return false;
2132         }
2133
2134         return true;
2135 }
2136
2137 static int parse_metadata_dev(struct cache_args *ca, struct dm_arg_set *as,
2138                               char **error)
2139 {
2140         int r;
2141         sector_t metadata_dev_size;
2142         char b[BDEVNAME_SIZE];
2143
2144         if (!at_least_one_arg(as, error))
2145                 return -EINVAL;
2146
2147         r = dm_get_device(ca->ti, dm_shift_arg(as), FMODE_READ | FMODE_WRITE,
2148                           &ca->metadata_dev);
2149         if (r) {
2150                 *error = "Error opening metadata device";
2151                 return r;
2152         }
2153
2154         metadata_dev_size = get_dev_size(ca->metadata_dev);
2155         if (metadata_dev_size > DM_CACHE_METADATA_MAX_SECTORS_WARNING)
2156                 DMWARN("Metadata device %s is larger than %u sectors: excess space will not be used.",
2157                        bdevname(ca->metadata_dev->bdev, b), THIN_METADATA_MAX_SECTORS);
2158
2159         return 0;
2160 }
2161
2162 static int parse_cache_dev(struct cache_args *ca, struct dm_arg_set *as,
2163                            char **error)
2164 {
2165         int r;
2166
2167         if (!at_least_one_arg(as, error))
2168                 return -EINVAL;
2169
2170         r = dm_get_device(ca->ti, dm_shift_arg(as), FMODE_READ | FMODE_WRITE,
2171                           &ca->cache_dev);
2172         if (r) {
2173                 *error = "Error opening cache device";
2174                 return r;
2175         }
2176         ca->cache_sectors = get_dev_size(ca->cache_dev);
2177
2178         return 0;
2179 }
2180
2181 static int parse_origin_dev(struct cache_args *ca, struct dm_arg_set *as,
2182                             char **error)
2183 {
2184         int r;
2185
2186         if (!at_least_one_arg(as, error))
2187                 return -EINVAL;
2188
2189         r = dm_get_device(ca->ti, dm_shift_arg(as), FMODE_READ | FMODE_WRITE,
2190                           &ca->origin_dev);
2191         if (r) {
2192                 *error = "Error opening origin device";
2193                 return r;
2194         }
2195
2196         ca->origin_sectors = get_dev_size(ca->origin_dev);
2197         if (ca->ti->len > ca->origin_sectors) {
2198                 *error = "Device size larger than cached device";
2199                 return -EINVAL;
2200         }
2201
2202         return 0;
2203 }
2204
2205 static int parse_block_size(struct cache_args *ca, struct dm_arg_set *as,
2206                             char **error)
2207 {
2208         unsigned long block_size;
2209
2210         if (!at_least_one_arg(as, error))
2211                 return -EINVAL;
2212
2213         if (kstrtoul(dm_shift_arg(as), 10, &block_size) || !block_size ||
2214             block_size < DATA_DEV_BLOCK_SIZE_MIN_SECTORS ||
2215             block_size > DATA_DEV_BLOCK_SIZE_MAX_SECTORS ||
2216             block_size & (DATA_DEV_BLOCK_SIZE_MIN_SECTORS - 1)) {
2217                 *error = "Invalid data block size";
2218                 return -EINVAL;
2219         }
2220
2221         if (block_size > ca->cache_sectors) {
2222                 *error = "Data block size is larger than the cache device";
2223                 return -EINVAL;
2224         }
2225
2226         ca->block_size = block_size;
2227
2228         return 0;
2229 }
2230
2231 static void init_features(struct cache_features *cf)
2232 {
2233         cf->mode = CM_WRITE;
2234         cf->io_mode = CM_IO_WRITEBACK;
2235         cf->metadata_version = 1;
2236 }
2237
2238 static int parse_features(struct cache_args *ca, struct dm_arg_set *as,
2239                           char **error)
2240 {
2241         static const struct dm_arg _args[] = {
2242                 {0, 2, "Invalid number of cache feature arguments"},
2243         };
2244
2245         int r, mode_ctr = 0;
2246         unsigned argc;
2247         const char *arg;
2248         struct cache_features *cf = &ca->features;
2249
2250         init_features(cf);
2251
2252         r = dm_read_arg_group(_args, as, &argc, error);
2253         if (r)
2254                 return -EINVAL;
2255
2256         while (argc--) {
2257                 arg = dm_shift_arg(as);
2258
2259                 if (!strcasecmp(arg, "writeback")) {
2260                         cf->io_mode = CM_IO_WRITEBACK;
2261                         mode_ctr++;
2262                 }
2263
2264                 else if (!strcasecmp(arg, "writethrough")) {
2265                         cf->io_mode = CM_IO_WRITETHROUGH;
2266                         mode_ctr++;
2267                 }
2268
2269                 else if (!strcasecmp(arg, "passthrough")) {
2270                         cf->io_mode = CM_IO_PASSTHROUGH;
2271                         mode_ctr++;
2272                 }
2273
2274                 else if (!strcasecmp(arg, "metadata2"))
2275                         cf->metadata_version = 2;
2276
2277                 else {
2278                         *error = "Unrecognised cache feature requested";
2279                         return -EINVAL;
2280                 }
2281         }
2282
2283         if (mode_ctr > 1) {
2284                 *error = "Duplicate cache io_mode features requested";
2285                 return -EINVAL;
2286         }
2287
2288         return 0;
2289 }
2290
2291 static int parse_policy(struct cache_args *ca, struct dm_arg_set *as,
2292                         char **error)
2293 {
2294         static const struct dm_arg _args[] = {
2295                 {0, 1024, "Invalid number of policy arguments"},
2296         };
2297
2298         int r;
2299
2300         if (!at_least_one_arg(as, error))
2301                 return -EINVAL;
2302
2303         ca->policy_name = dm_shift_arg(as);
2304
2305         r = dm_read_arg_group(_args, as, &ca->policy_argc, error);
2306         if (r)
2307                 return -EINVAL;
2308
2309         ca->policy_argv = (const char **)as->argv;
2310         dm_consume_args(as, ca->policy_argc);
2311
2312         return 0;
2313 }
2314
2315 static int parse_cache_args(struct cache_args *ca, int argc, char **argv,
2316                             char **error)
2317 {
2318         int r;
2319         struct dm_arg_set as;
2320
2321         as.argc = argc;
2322         as.argv = argv;
2323
2324         r = parse_metadata_dev(ca, &as, error);
2325         if (r)
2326                 return r;
2327
2328         r = parse_cache_dev(ca, &as, error);
2329         if (r)
2330                 return r;
2331
2332         r = parse_origin_dev(ca, &as, error);
2333         if (r)
2334                 return r;
2335
2336         r = parse_block_size(ca, &as, error);
2337         if (r)
2338                 return r;
2339
2340         r = parse_features(ca, &as, error);
2341         if (r)
2342                 return r;
2343
2344         r = parse_policy(ca, &as, error);
2345         if (r)
2346                 return r;
2347
2348         return 0;
2349 }
2350
2351 /*----------------------------------------------------------------*/
2352
2353 static struct kmem_cache *migration_cache;
2354
2355 #define NOT_CORE_OPTION 1
2356
2357 static int process_config_option(struct cache *cache, const char *key, const char *value)
2358 {
2359         unsigned long tmp;
2360
2361         if (!strcasecmp(key, "migration_threshold")) {
2362                 if (kstrtoul(value, 10, &tmp))
2363                         return -EINVAL;
2364
2365                 cache->migration_threshold = tmp;
2366                 return 0;
2367         }
2368
2369         return NOT_CORE_OPTION;
2370 }
2371
2372 static int set_config_value(struct cache *cache, const char *key, const char *value)
2373 {
2374         int r = process_config_option(cache, key, value);
2375
2376         if (r == NOT_CORE_OPTION)
2377                 r = policy_set_config_value(cache->policy, key, value);
2378
2379         if (r)
2380                 DMWARN("bad config value for %s: %s", key, value);
2381
2382         return r;
2383 }
2384
2385 static int set_config_values(struct cache *cache, int argc, const char **argv)
2386 {
2387         int r = 0;
2388
2389         if (argc & 1) {
2390                 DMWARN("Odd number of policy arguments given but they should be <key> <value> pairs.");
2391                 return -EINVAL;
2392         }
2393
2394         while (argc) {
2395                 r = set_config_value(cache, argv[0], argv[1]);
2396                 if (r)
2397                         break;
2398
2399                 argc -= 2;
2400                 argv += 2;
2401         }
2402
2403         return r;
2404 }
2405
2406 static int create_cache_policy(struct cache *cache, struct cache_args *ca,
2407                                char **error)
2408 {
2409         struct dm_cache_policy *p = dm_cache_policy_create(ca->policy_name,
2410                                                            cache->cache_size,
2411                                                            cache->origin_sectors,
2412                                                            cache->sectors_per_block);
2413         if (IS_ERR(p)) {
2414                 *error = "Error creating cache's policy";
2415                 return PTR_ERR(p);
2416         }
2417         cache->policy = p;
2418         BUG_ON(!cache->policy);
2419
2420         return 0;
2421 }
2422
2423 /*
2424  * We want the discard block size to be at least the size of the cache
2425  * block size and have no more than 2^14 discard blocks across the origin.
2426  */
2427 #define MAX_DISCARD_BLOCKS (1 << 14)
2428
2429 static bool too_many_discard_blocks(sector_t discard_block_size,
2430                                     sector_t origin_size)
2431 {
2432         (void) sector_div(origin_size, discard_block_size);
2433
2434         return origin_size > MAX_DISCARD_BLOCKS;
2435 }
2436
2437 static sector_t calculate_discard_block_size(sector_t cache_block_size,
2438                                              sector_t origin_size)
2439 {
2440         sector_t discard_block_size = cache_block_size;
2441
2442         if (origin_size)
2443                 while (too_many_discard_blocks(discard_block_size, origin_size))
2444                         discard_block_size *= 2;
2445
2446         return discard_block_size;
2447 }
2448
2449 static void set_cache_size(struct cache *cache, dm_cblock_t size)
2450 {
2451         dm_block_t nr_blocks = from_cblock(size);
2452
2453         if (nr_blocks > (1 << 20) && cache->cache_size != size)
2454                 DMWARN_LIMIT("You have created a cache device with a lot of individual cache blocks (%llu)\n"
2455                              "All these mappings can consume a lot of kernel memory, and take some time to read/write.\n"
2456                              "Please consider increasing the cache block size to reduce the overall cache block count.",
2457                              (unsigned long long) nr_blocks);
2458
2459         cache->cache_size = size;
2460 }
2461
2462 static int is_congested(struct dm_dev *dev, int bdi_bits)
2463 {
2464         struct request_queue *q = bdev_get_queue(dev->bdev);
2465         return bdi_congested(q->backing_dev_info, bdi_bits);
2466 }
2467
2468 static int cache_is_congested(struct dm_target_callbacks *cb, int bdi_bits)
2469 {
2470         struct cache *cache = container_of(cb, struct cache, callbacks);
2471
2472         return is_congested(cache->origin_dev, bdi_bits) ||
2473                 is_congested(cache->cache_dev, bdi_bits);
2474 }
2475
2476 #define DEFAULT_MIGRATION_THRESHOLD 2048
2477
2478 static int cache_create(struct cache_args *ca, struct cache **result)
2479 {
2480         int r = 0;
2481         char **error = &ca->ti->error;
2482         struct cache *cache;
2483         struct dm_target *ti = ca->ti;
2484         dm_block_t origin_blocks;
2485         struct dm_cache_metadata *cmd;
2486         bool may_format = ca->features.mode == CM_WRITE;
2487
2488         cache = kzalloc(sizeof(*cache), GFP_KERNEL);
2489         if (!cache)
2490                 return -ENOMEM;
2491
2492         cache->ti = ca->ti;
2493         ti->private = cache;
2494         ti->num_flush_bios = 2;
2495         ti->flush_supported = true;
2496
2497         ti->num_discard_bios = 1;
2498         ti->discards_supported = true;
2499
2500         ti->per_io_data_size = sizeof(struct per_bio_data);
2501
2502         cache->features = ca->features;
2503         if (writethrough_mode(cache)) {
2504                 /* Create bioset for writethrough bios issued to origin */
2505                 r = bioset_init(&cache->bs, BIO_POOL_SIZE, 0, 0);
2506                 if (r)
2507                         goto bad;
2508         }
2509
2510         cache->callbacks.congested_fn = cache_is_congested;
2511         dm_table_add_target_callbacks(ti->table, &cache->callbacks);
2512
2513         cache->metadata_dev = ca->metadata_dev;
2514         cache->origin_dev = ca->origin_dev;
2515         cache->cache_dev = ca->cache_dev;
2516
2517         ca->metadata_dev = ca->origin_dev = ca->cache_dev = NULL;
2518
2519         origin_blocks = cache->origin_sectors = ca->origin_sectors;
2520         origin_blocks = block_div(origin_blocks, ca->block_size);
2521         cache->origin_blocks = to_oblock(origin_blocks);
2522
2523         cache->sectors_per_block = ca->block_size;
2524         if (dm_set_target_max_io_len(ti, cache->sectors_per_block)) {
2525                 r = -EINVAL;
2526                 goto bad;
2527         }
2528
2529         if (ca->block_size & (ca->block_size - 1)) {
2530                 dm_block_t cache_size = ca->cache_sectors;
2531
2532                 cache->sectors_per_block_shift = -1;
2533                 cache_size = block_div(cache_size, ca->block_size);
2534                 set_cache_size(cache, to_cblock(cache_size));
2535         } else {
2536                 cache->sectors_per_block_shift = __ffs(ca->block_size);
2537                 set_cache_size(cache, to_cblock(ca->cache_sectors >> cache->sectors_per_block_shift));
2538         }
2539
2540         r = create_cache_policy(cache, ca, error);
2541         if (r)
2542                 goto bad;
2543
2544         cache->policy_nr_args = ca->policy_argc;
2545         cache->migration_threshold = DEFAULT_MIGRATION_THRESHOLD;
2546
2547         r = set_config_values(cache, ca->policy_argc, ca->policy_argv);
2548         if (r) {
2549                 *error = "Error setting cache policy's config values";
2550                 goto bad;
2551         }
2552
2553         cmd = dm_cache_metadata_open(cache->metadata_dev->bdev,
2554                                      ca->block_size, may_format,
2555                                      dm_cache_policy_get_hint_size(cache->policy),
2556                                      ca->features.metadata_version);
2557         if (IS_ERR(cmd)) {
2558                 *error = "Error creating metadata object";
2559                 r = PTR_ERR(cmd);
2560                 goto bad;
2561         }
2562         cache->cmd = cmd;
2563         set_cache_mode(cache, CM_WRITE);
2564         if (get_cache_mode(cache) != CM_WRITE) {
2565                 *error = "Unable to get write access to metadata, please check/repair metadata.";
2566                 r = -EINVAL;
2567                 goto bad;
2568         }
2569
2570         if (passthrough_mode(cache)) {
2571                 bool all_clean;
2572
2573                 r = dm_cache_metadata_all_clean(cache->cmd, &all_clean);
2574                 if (r) {
2575                         *error = "dm_cache_metadata_all_clean() failed";
2576                         goto bad;
2577                 }
2578
2579                 if (!all_clean) {
2580                         *error = "Cannot enter passthrough mode unless all blocks are clean";
2581                         r = -EINVAL;
2582                         goto bad;
2583                 }
2584
2585                 policy_allow_migrations(cache->policy, false);
2586         }
2587
2588         spin_lock_init(&cache->lock);
2589         bio_list_init(&cache->deferred_bios);
2590         atomic_set(&cache->nr_allocated_migrations, 0);
2591         atomic_set(&cache->nr_io_migrations, 0);
2592         init_waitqueue_head(&cache->migration_wait);
2593
2594         r = -ENOMEM;
2595         atomic_set(&cache->nr_dirty, 0);
2596         cache->dirty_bitset = alloc_bitset(from_cblock(cache->cache_size));
2597         if (!cache->dirty_bitset) {
2598                 *error = "could not allocate dirty bitset";
2599                 goto bad;
2600         }
2601         clear_bitset(cache->dirty_bitset, from_cblock(cache->cache_size));
2602
2603         cache->discard_block_size =
2604                 calculate_discard_block_size(cache->sectors_per_block,
2605                                              cache->origin_sectors);
2606         cache->discard_nr_blocks = to_dblock(dm_sector_div_up(cache->origin_sectors,
2607                                                               cache->discard_block_size));
2608         cache->discard_bitset = alloc_bitset(from_dblock(cache->discard_nr_blocks));
2609         if (!cache->discard_bitset) {
2610                 *error = "could not allocate discard bitset";
2611                 goto bad;
2612         }
2613         clear_bitset(cache->discard_bitset, from_dblock(cache->discard_nr_blocks));
2614
2615         cache->copier = dm_kcopyd_client_create(&dm_kcopyd_throttle);
2616         if (IS_ERR(cache->copier)) {
2617                 *error = "could not create kcopyd client";
2618                 r = PTR_ERR(cache->copier);
2619                 goto bad;
2620         }
2621
2622         cache->wq = alloc_workqueue("dm-" DM_MSG_PREFIX, WQ_MEM_RECLAIM, 0);
2623         if (!cache->wq) {
2624                 *error = "could not create workqueue for metadata object";
2625                 goto bad;
2626         }
2627         INIT_WORK(&cache->deferred_bio_worker, process_deferred_bios);
2628         INIT_WORK(&cache->migration_worker, check_migrations);
2629         INIT_DELAYED_WORK(&cache->waker, do_waker);
2630
2631         cache->prison = dm_bio_prison_create_v2(cache->wq);
2632         if (!cache->prison) {
2633                 *error = "could not create bio prison";
2634                 goto bad;
2635         }
2636
2637         r = mempool_init_slab_pool(&cache->migration_pool, MIGRATION_POOL_SIZE,
2638                                    migration_cache);
2639         if (r) {
2640                 *error = "Error creating cache's migration mempool";
2641                 goto bad;
2642         }
2643
2644         cache->need_tick_bio = true;
2645         cache->sized = false;
2646         cache->invalidate = false;
2647         cache->commit_requested = false;
2648         cache->loaded_mappings = false;
2649         cache->loaded_discards = false;
2650
2651         load_stats(cache);
2652
2653         atomic_set(&cache->stats.demotion, 0);
2654         atomic_set(&cache->stats.promotion, 0);
2655         atomic_set(&cache->stats.copies_avoided, 0);
2656         atomic_set(&cache->stats.cache_cell_clash, 0);
2657         atomic_set(&cache->stats.commit_count, 0);
2658         atomic_set(&cache->stats.discard_count, 0);
2659
2660         spin_lock_init(&cache->invalidation_lock);
2661         INIT_LIST_HEAD(&cache->invalidation_requests);
2662
2663         batcher_init(&cache->committer, commit_op, cache,
2664                      issue_op, cache, cache->wq);
2665         iot_init(&cache->tracker);
2666
2667         init_rwsem(&cache->background_work_lock);
2668         prevent_background_work(cache);
2669
2670         *result = cache;
2671         return 0;
2672 bad:
2673         destroy(cache);
2674         return r;
2675 }
2676
2677 static int copy_ctr_args(struct cache *cache, int argc, const char **argv)
2678 {
2679         unsigned i;
2680         const char **copy;
2681
2682         copy = kcalloc(argc, sizeof(*copy), GFP_KERNEL);
2683         if (!copy)
2684                 return -ENOMEM;
2685         for (i = 0; i < argc; i++) {
2686                 copy[i] = kstrdup(argv[i], GFP_KERNEL);
2687                 if (!copy[i]) {
2688                         while (i--)
2689                                 kfree(copy[i]);
2690                         kfree(copy);
2691                         return -ENOMEM;
2692                 }
2693         }
2694
2695         cache->nr_ctr_args = argc;
2696         cache->ctr_args = copy;
2697
2698         return 0;
2699 }
2700
2701 static int cache_ctr(struct dm_target *ti, unsigned argc, char **argv)
2702 {
2703         int r = -EINVAL;
2704         struct cache_args *ca;
2705         struct cache *cache = NULL;
2706
2707         ca = kzalloc(sizeof(*ca), GFP_KERNEL);
2708         if (!ca) {
2709                 ti->error = "Error allocating memory for cache";
2710                 return -ENOMEM;
2711         }
2712         ca->ti = ti;
2713
2714         r = parse_cache_args(ca, argc, argv, &ti->error);
2715         if (r)
2716                 goto out;
2717
2718         r = cache_create(ca, &cache);
2719         if (r)
2720                 goto out;
2721
2722         r = copy_ctr_args(cache, argc - 3, (const char **)argv + 3);
2723         if (r) {
2724                 destroy(cache);
2725                 goto out;
2726         }
2727
2728         ti->private = cache;
2729 out:
2730         destroy_cache_args(ca);
2731         return r;
2732 }
2733
2734 /*----------------------------------------------------------------*/
2735
2736 static int cache_map(struct dm_target *ti, struct bio *bio)
2737 {
2738         struct cache *cache = ti->private;
2739
2740         int r;
2741         bool commit_needed;
2742         dm_oblock_t block = get_bio_block(cache, bio);
2743
2744         init_per_bio_data(bio);
2745         if (unlikely(from_oblock(block) >= from_oblock(cache->origin_blocks))) {
2746                 /*
2747                  * This can only occur if the io goes to a partial block at
2748                  * the end of the origin device.  We don't cache these.
2749                  * Just remap to the origin and carry on.
2750                  */
2751                 remap_to_origin(cache, bio);
2752                 accounted_begin(cache, bio);
2753                 return DM_MAPIO_REMAPPED;
2754         }
2755
2756         if (discard_or_flush(bio)) {
2757                 defer_bio(cache, bio);
2758                 return DM_MAPIO_SUBMITTED;
2759         }
2760
2761         r = map_bio(cache, bio, block, &commit_needed);
2762         if (commit_needed)
2763                 schedule_commit(&cache->committer);
2764
2765         return r;
2766 }
2767
2768 static int cache_end_io(struct dm_target *ti, struct bio *bio, blk_status_t *error)
2769 {
2770         struct cache *cache = ti->private;
2771         unsigned long flags;
2772         struct per_bio_data *pb = get_per_bio_data(bio);
2773
2774         if (pb->tick) {
2775                 policy_tick(cache->policy, false);
2776
2777                 spin_lock_irqsave(&cache->lock, flags);
2778                 cache->need_tick_bio = true;
2779                 spin_unlock_irqrestore(&cache->lock, flags);
2780         }
2781
2782         bio_drop_shared_lock(cache, bio);
2783         accounted_complete(cache, bio);
2784
2785         return DM_ENDIO_DONE;
2786 }
2787
2788 static int write_dirty_bitset(struct cache *cache)
2789 {
2790         int r;
2791
2792         if (get_cache_mode(cache) >= CM_READ_ONLY)
2793                 return -EINVAL;
2794
2795         r = dm_cache_set_dirty_bits(cache->cmd, from_cblock(cache->cache_size), cache->dirty_bitset);
2796         if (r)
2797                 metadata_operation_failed(cache, "dm_cache_set_dirty_bits", r);
2798
2799         return r;
2800 }
2801
2802 static int write_discard_bitset(struct cache *cache)
2803 {
2804         unsigned i, r;
2805
2806         if (get_cache_mode(cache) >= CM_READ_ONLY)
2807                 return -EINVAL;
2808
2809         r = dm_cache_discard_bitset_resize(cache->cmd, cache->discard_block_size,
2810                                            cache->discard_nr_blocks);
2811         if (r) {
2812                 DMERR("%s: could not resize on-disk discard bitset", cache_device_name(cache));
2813                 metadata_operation_failed(cache, "dm_cache_discard_bitset_resize", r);
2814                 return r;
2815         }
2816
2817         for (i = 0; i < from_dblock(cache->discard_nr_blocks); i++) {
2818                 r = dm_cache_set_discard(cache->cmd, to_dblock(i),
2819                                          is_discarded(cache, to_dblock(i)));
2820                 if (r) {
2821                         metadata_operation_failed(cache, "dm_cache_set_discard", r);
2822                         return r;
2823                 }
2824         }
2825
2826         return 0;
2827 }
2828
2829 static int write_hints(struct cache *cache)
2830 {
2831         int r;
2832
2833         if (get_cache_mode(cache) >= CM_READ_ONLY)
2834                 return -EINVAL;
2835
2836         r = dm_cache_write_hints(cache->cmd, cache->policy);
2837         if (r) {
2838                 metadata_operation_failed(cache, "dm_cache_write_hints", r);
2839                 return r;
2840         }
2841
2842         return 0;
2843 }
2844
2845 /*
2846  * returns true on success
2847  */
2848 static bool sync_metadata(struct cache *cache)
2849 {
2850         int r1, r2, r3, r4;
2851
2852         r1 = write_dirty_bitset(cache);
2853         if (r1)
2854                 DMERR("%s: could not write dirty bitset", cache_device_name(cache));
2855
2856         r2 = write_discard_bitset(cache);
2857         if (r2)
2858                 DMERR("%s: could not write discard bitset", cache_device_name(cache));
2859
2860         save_stats(cache);
2861
2862         r3 = write_hints(cache);
2863         if (r3)
2864                 DMERR("%s: could not write hints", cache_device_name(cache));
2865
2866         /*
2867          * If writing the above metadata failed, we still commit, but don't
2868          * set the clean shutdown flag.  This will effectively force every
2869          * dirty bit to be set on reload.
2870          */
2871         r4 = commit(cache, !r1 && !r2 && !r3);
2872         if (r4)
2873                 DMERR("%s: could not write cache metadata", cache_device_name(cache));
2874
2875         return !r1 && !r2 && !r3 && !r4;
2876 }
2877
2878 static void cache_postsuspend(struct dm_target *ti)
2879 {
2880         struct cache *cache = ti->private;
2881
2882         prevent_background_work(cache);
2883         BUG_ON(atomic_read(&cache->nr_io_migrations));
2884
2885         cancel_delayed_work(&cache->waker);
2886         flush_workqueue(cache->wq);
2887         WARN_ON(cache->tracker.in_flight);
2888
2889         /*
2890          * If it's a flush suspend there won't be any deferred bios, so this
2891          * call is harmless.
2892          */
2893         requeue_deferred_bios(cache);
2894
2895         if (get_cache_mode(cache) == CM_WRITE)
2896                 (void) sync_metadata(cache);
2897 }
2898
2899 static int load_mapping(void *context, dm_oblock_t oblock, dm_cblock_t cblock,
2900                         bool dirty, uint32_t hint, bool hint_valid)
2901 {
2902         int r;
2903         struct cache *cache = context;
2904
2905         if (dirty) {
2906                 set_bit(from_cblock(cblock), cache->dirty_bitset);
2907                 atomic_inc(&cache->nr_dirty);
2908         } else
2909                 clear_bit(from_cblock(cblock), cache->dirty_bitset);
2910
2911         r = policy_load_mapping(cache->policy, oblock, cblock, dirty, hint, hint_valid);
2912         if (r)
2913                 return r;
2914
2915         return 0;
2916 }
2917
2918 /*
2919  * The discard block size in the on disk metadata is not
2920  * neccessarily the same as we're currently using.  So we have to
2921  * be careful to only set the discarded attribute if we know it
2922  * covers a complete block of the new size.
2923  */
2924 struct discard_load_info {
2925         struct cache *cache;
2926
2927         /*
2928          * These blocks are sized using the on disk dblock size, rather
2929          * than the current one.
2930          */
2931         dm_block_t block_size;
2932         dm_block_t discard_begin, discard_end;
2933 };
2934
2935 static void discard_load_info_init(struct cache *cache,
2936                                    struct discard_load_info *li)
2937 {
2938         li->cache = cache;
2939         li->discard_begin = li->discard_end = 0;
2940 }
2941
2942 static void set_discard_range(struct discard_load_info *li)
2943 {
2944         sector_t b, e;
2945
2946         if (li->discard_begin == li->discard_end)
2947                 return;
2948
2949         /*
2950          * Convert to sectors.
2951          */
2952         b = li->discard_begin * li->block_size;
2953         e = li->discard_end * li->block_size;
2954
2955         /*
2956          * Then convert back to the current dblock size.
2957          */
2958         b = dm_sector_div_up(b, li->cache->discard_block_size);
2959         sector_div(e, li->cache->discard_block_size);
2960
2961         /*
2962          * The origin may have shrunk, so we need to check we're still in
2963          * bounds.
2964          */
2965         if (e > from_dblock(li->cache->discard_nr_blocks))
2966                 e = from_dblock(li->cache->discard_nr_blocks);
2967
2968         for (; b < e; b++)
2969                 set_discard(li->cache, to_dblock(b));
2970 }
2971
2972 static int load_discard(void *context, sector_t discard_block_size,
2973                         dm_dblock_t dblock, bool discard)
2974 {
2975         struct discard_load_info *li = context;
2976
2977         li->block_size = discard_block_size;
2978
2979         if (discard) {
2980                 if (from_dblock(dblock) == li->discard_end)
2981                         /*
2982                          * We're already in a discard range, just extend it.
2983                          */
2984                         li->discard_end = li->discard_end + 1ULL;
2985
2986                 else {
2987                         /*
2988                          * Emit the old range and start a new one.
2989                          */
2990                         set_discard_range(li);
2991                         li->discard_begin = from_dblock(dblock);
2992                         li->discard_end = li->discard_begin + 1ULL;
2993                 }
2994         } else {
2995                 set_discard_range(li);
2996                 li->discard_begin = li->discard_end = 0;
2997         }
2998
2999         return 0;
3000 }
3001
3002 static dm_cblock_t get_cache_dev_size(struct cache *cache)
3003 {
3004         sector_t size = get_dev_size(cache->cache_dev);
3005         (void) sector_div(size, cache->sectors_per_block);
3006         return to_cblock(size);
3007 }
3008
3009 static bool can_resize(struct cache *cache, dm_cblock_t new_size)
3010 {
3011         if (from_cblock(new_size) > from_cblock(cache->cache_size)) {
3012                 if (cache->sized) {
3013                         DMERR("%s: unable to extend cache due to missing cache table reload",
3014                               cache_device_name(cache));
3015                         return false;
3016                 }
3017         }
3018
3019         /*
3020          * We can't drop a dirty block when shrinking the cache.
3021          */
3022         while (from_cblock(new_size) < from_cblock(cache->cache_size)) {
3023                 new_size = to_cblock(from_cblock(new_size) + 1);
3024                 if (is_dirty(cache, new_size)) {
3025                         DMERR("%s: unable to shrink cache; cache block %llu is dirty",
3026                               cache_device_name(cache),
3027                               (unsigned long long) from_cblock(new_size));
3028                         return false;
3029                 }
3030         }
3031
3032         return true;
3033 }
3034
3035 static int resize_cache_dev(struct cache *cache, dm_cblock_t new_size)
3036 {
3037         int r;
3038
3039         r = dm_cache_resize(cache->cmd, new_size);
3040         if (r) {
3041                 DMERR("%s: could not resize cache metadata", cache_device_name(cache));
3042                 metadata_operation_failed(cache, "dm_cache_resize", r);
3043                 return r;
3044         }
3045
3046         set_cache_size(cache, new_size);
3047
3048         return 0;
3049 }
3050
3051 static int cache_preresume(struct dm_target *ti)
3052 {
3053         int r = 0;
3054         struct cache *cache = ti->private;
3055         dm_cblock_t csize = get_cache_dev_size(cache);
3056
3057         /*
3058          * Check to see if the cache has resized.
3059          */
3060         if (!cache->sized) {
3061                 r = resize_cache_dev(cache, csize);
3062                 if (r)
3063                         return r;
3064
3065                 cache->sized = true;
3066
3067         } else if (csize != cache->cache_size) {
3068                 if (!can_resize(cache, csize))
3069                         return -EINVAL;
3070
3071                 r = resize_cache_dev(cache, csize);
3072                 if (r)
3073                         return r;
3074         }
3075
3076         if (!cache->loaded_mappings) {
3077                 r = dm_cache_load_mappings(cache->cmd, cache->policy,
3078                                            load_mapping, cache);
3079                 if (r) {
3080                         DMERR("%s: could not load cache mappings", cache_device_name(cache));
3081                         metadata_operation_failed(cache, "dm_cache_load_mappings", r);
3082                         return r;
3083                 }
3084
3085                 cache->loaded_mappings = true;
3086         }
3087
3088         if (!cache->loaded_discards) {
3089                 struct discard_load_info li;
3090
3091                 /*
3092                  * The discard bitset could have been resized, or the
3093                  * discard block size changed.  To be safe we start by
3094                  * setting every dblock to not discarded.
3095                  */
3096                 clear_bitset(cache->discard_bitset, from_dblock(cache->discard_nr_blocks));
3097
3098                 discard_load_info_init(cache, &li);
3099                 r = dm_cache_load_discards(cache->cmd, load_discard, &li);
3100                 if (r) {
3101                         DMERR("%s: could not load origin discards", cache_device_name(cache));
3102                         metadata_operation_failed(cache, "dm_cache_load_discards", r);
3103                         return r;
3104                 }
3105                 set_discard_range(&li);
3106
3107                 cache->loaded_discards = true;
3108         }
3109
3110         return r;
3111 }
3112
3113 static void cache_resume(struct dm_target *ti)
3114 {
3115         struct cache *cache = ti->private;
3116
3117         cache->need_tick_bio = true;
3118         allow_background_work(cache);
3119         do_waker(&cache->waker.work);
3120 }
3121
3122 /*
3123  * Status format:
3124  *
3125  * <metadata block size> <#used metadata blocks>/<#total metadata blocks>
3126  * <cache block size> <#used cache blocks>/<#total cache blocks>
3127  * <#read hits> <#read misses> <#write hits> <#write misses>
3128  * <#demotions> <#promotions> <#dirty>
3129  * <#features> <features>*
3130  * <#core args> <core args>
3131  * <policy name> <#policy args> <policy args>* <cache metadata mode> <needs_check>
3132  */
3133 static void cache_status(struct dm_target *ti, status_type_t type,
3134                          unsigned status_flags, char *result, unsigned maxlen)
3135 {
3136         int r = 0;
3137         unsigned i;
3138         ssize_t sz = 0;
3139         dm_block_t nr_free_blocks_metadata = 0;
3140         dm_block_t nr_blocks_metadata = 0;
3141         char buf[BDEVNAME_SIZE];
3142         struct cache *cache = ti->private;
3143         dm_cblock_t residency;
3144         bool needs_check;
3145
3146         switch (type) {
3147         case STATUSTYPE_INFO:
3148                 if (get_cache_mode(cache) == CM_FAIL) {
3149                         DMEMIT("Fail");
3150                         break;
3151                 }
3152
3153                 /* Commit to ensure statistics aren't out-of-date */
3154                 if (!(status_flags & DM_STATUS_NOFLUSH_FLAG) && !dm_suspended(ti))
3155                         (void) commit(cache, false);
3156
3157                 r = dm_cache_get_free_metadata_block_count(cache->cmd, &nr_free_blocks_metadata);
3158                 if (r) {
3159                         DMERR("%s: dm_cache_get_free_metadata_block_count returned %d",
3160                               cache_device_name(cache), r);
3161                         goto err;
3162                 }
3163
3164                 r = dm_cache_get_metadata_dev_size(cache->cmd, &nr_blocks_metadata);
3165                 if (r) {
3166                         DMERR("%s: dm_cache_get_metadata_dev_size returned %d",
3167                               cache_device_name(cache), r);
3168                         goto err;
3169                 }
3170
3171                 residency = policy_residency(cache->policy);
3172
3173                 DMEMIT("%u %llu/%llu %llu %llu/%llu %u %u %u %u %u %u %lu ",
3174                        (unsigned)DM_CACHE_METADATA_BLOCK_SIZE,
3175                        (unsigned long long)(nr_blocks_metadata - nr_free_blocks_metadata),
3176                        (unsigned long long)nr_blocks_metadata,
3177                        (unsigned long long)cache->sectors_per_block,
3178                        (unsigned long long) from_cblock(residency),
3179                        (unsigned long long) from_cblock(cache->cache_size),
3180                        (unsigned) atomic_read(&cache->stats.read_hit),
3181                        (unsigned) atomic_read(&cache->stats.read_miss),
3182                        (unsigned) atomic_read(&cache->stats.write_hit),
3183                        (unsigned) atomic_read(&cache->stats.write_miss),
3184                        (unsigned) atomic_read(&cache->stats.demotion),
3185                        (unsigned) atomic_read(&cache->stats.promotion),
3186                        (unsigned long) atomic_read(&cache->nr_dirty));
3187
3188                 if (cache->features.metadata_version == 2)
3189                         DMEMIT("2 metadata2 ");
3190                 else
3191                         DMEMIT("1 ");
3192
3193                 if (writethrough_mode(cache))
3194                         DMEMIT("writethrough ");
3195
3196                 else if (passthrough_mode(cache))
3197                         DMEMIT("passthrough ");
3198
3199                 else if (writeback_mode(cache))
3200                         DMEMIT("writeback ");
3201
3202                 else {
3203                         DMERR("%s: internal error: unknown io mode: %d",
3204                               cache_device_name(cache), (int) cache->features.io_mode);
3205                         goto err;
3206                 }
3207
3208                 DMEMIT("2 migration_threshold %llu ", (unsigned long long) cache->migration_threshold);
3209
3210                 DMEMIT("%s ", dm_cache_policy_get_name(cache->policy));
3211                 if (sz < maxlen) {
3212                         r = policy_emit_config_values(cache->policy, result, maxlen, &sz);
3213                         if (r)
3214                                 DMERR("%s: policy_emit_config_values returned %d",
3215                                       cache_device_name(cache), r);
3216                 }
3217
3218                 if (get_cache_mode(cache) == CM_READ_ONLY)
3219                         DMEMIT("ro ");
3220                 else
3221                         DMEMIT("rw ");
3222
3223                 r = dm_cache_metadata_needs_check(cache->cmd, &needs_check);
3224
3225                 if (r || needs_check)
3226                         DMEMIT("needs_check ");
3227                 else
3228                         DMEMIT("- ");
3229
3230                 break;
3231
3232         case STATUSTYPE_TABLE:
3233                 format_dev_t(buf, cache->metadata_dev->bdev->bd_dev);
3234                 DMEMIT("%s ", buf);
3235                 format_dev_t(buf, cache->cache_dev->bdev->bd_dev);
3236                 DMEMIT("%s ", buf);
3237                 format_dev_t(buf, cache->origin_dev->bdev->bd_dev);
3238                 DMEMIT("%s", buf);
3239
3240                 for (i = 0; i < cache->nr_ctr_args - 1; i++)
3241                         DMEMIT(" %s", cache->ctr_args[i]);
3242                 if (cache->nr_ctr_args)
3243                         DMEMIT(" %s", cache->ctr_args[cache->nr_ctr_args - 1]);
3244         }
3245
3246         return;
3247
3248 err:
3249         DMEMIT("Error");
3250 }
3251
3252 /*
3253  * Defines a range of cblocks, begin to (end - 1) are in the range.  end is
3254  * the one-past-the-end value.
3255  */
3256 struct cblock_range {
3257         dm_cblock_t begin;
3258         dm_cblock_t end;
3259 };
3260
3261 /*
3262  * A cache block range can take two forms:
3263  *
3264  * i) A single cblock, eg. '3456'
3265  * ii) A begin and end cblock with a dash between, eg. 123-234
3266  */
3267 static int parse_cblock_range(struct cache *cache, const char *str,
3268                               struct cblock_range *result)
3269 {
3270         char dummy;
3271         uint64_t b, e;
3272         int r;
3273
3274         /*
3275          * Try and parse form (ii) first.
3276          */
3277         r = sscanf(str, "%llu-%llu%c", &b, &e, &dummy);
3278         if (r < 0)
3279                 return r;
3280
3281         if (r == 2) {
3282                 result->begin = to_cblock(b);
3283                 result->end = to_cblock(e);
3284                 return 0;
3285         }
3286
3287         /*
3288          * That didn't work, try form (i).
3289          */
3290         r = sscanf(str, "%llu%c", &b, &dummy);
3291         if (r < 0)
3292                 return r;
3293
3294         if (r == 1) {
3295                 result->begin = to_cblock(b);
3296                 result->end = to_cblock(from_cblock(result->begin) + 1u);
3297                 return 0;
3298         }
3299
3300         DMERR("%s: invalid cblock range '%s'", cache_device_name(cache), str);
3301         return -EINVAL;
3302 }
3303
3304 static int validate_cblock_range(struct cache *cache, struct cblock_range *range)
3305 {
3306         uint64_t b = from_cblock(range->begin);
3307         uint64_t e = from_cblock(range->end);
3308         uint64_t n = from_cblock(cache->cache_size);
3309
3310         if (b >= n) {
3311                 DMERR("%s: begin cblock out of range: %llu >= %llu",
3312                       cache_device_name(cache), b, n);
3313                 return -EINVAL;
3314         }
3315
3316         if (e > n) {
3317                 DMERR("%s: end cblock out of range: %llu > %llu",
3318                       cache_device_name(cache), e, n);
3319                 return -EINVAL;
3320         }
3321
3322         if (b >= e) {
3323                 DMERR("%s: invalid cblock range: %llu >= %llu",
3324                       cache_device_name(cache), b, e);
3325                 return -EINVAL;
3326         }
3327
3328         return 0;
3329 }
3330
3331 static inline dm_cblock_t cblock_succ(dm_cblock_t b)
3332 {
3333         return to_cblock(from_cblock(b) + 1);
3334 }
3335
3336 static int request_invalidation(struct cache *cache, struct cblock_range *range)
3337 {
3338         int r = 0;
3339
3340         /*
3341          * We don't need to do any locking here because we know we're in
3342          * passthrough mode.  There's is potential for a race between an
3343          * invalidation triggered by an io and an invalidation message.  This
3344          * is harmless, we must not worry if the policy call fails.
3345          */
3346         while (range->begin != range->end) {
3347                 r = invalidate_cblock(cache, range->begin);
3348                 if (r)
3349                         return r;
3350
3351                 range->begin = cblock_succ(range->begin);
3352         }
3353
3354         cache->commit_requested = true;
3355         return r;
3356 }
3357
3358 static int process_invalidate_cblocks_message(struct cache *cache, unsigned count,
3359                                               const char **cblock_ranges)
3360 {
3361         int r = 0;
3362         unsigned i;
3363         struct cblock_range range;
3364
3365         if (!passthrough_mode(cache)) {
3366                 DMERR("%s: cache has to be in passthrough mode for invalidation",
3367                       cache_device_name(cache));
3368                 return -EPERM;
3369         }
3370
3371         for (i = 0; i < count; i++) {
3372                 r = parse_cblock_range(cache, cblock_ranges[i], &range);
3373                 if (r)
3374                         break;
3375
3376                 r = validate_cblock_range(cache, &range);
3377                 if (r)
3378                         break;
3379
3380                 /*
3381                  * Pass begin and end origin blocks to the worker and wake it.
3382                  */
3383                 r = request_invalidation(cache, &range);
3384                 if (r)
3385                         break;
3386         }
3387
3388         return r;
3389 }
3390
3391 /*
3392  * Supports
3393  *      "<key> <value>"
3394  * and
3395  *     "invalidate_cblocks [(<begin>)|(<begin>-<end>)]*
3396  *
3397  * The key migration_threshold is supported by the cache target core.
3398  */
3399 static int cache_message(struct dm_target *ti, unsigned argc, char **argv,
3400                          char *result, unsigned maxlen)
3401 {
3402         struct cache *cache = ti->private;
3403
3404         if (!argc)
3405                 return -EINVAL;
3406
3407         if (get_cache_mode(cache) >= CM_READ_ONLY) {
3408                 DMERR("%s: unable to service cache target messages in READ_ONLY or FAIL mode",
3409                       cache_device_name(cache));
3410                 return -EOPNOTSUPP;
3411         }
3412
3413         if (!strcasecmp(argv[0], "invalidate_cblocks"))
3414                 return process_invalidate_cblocks_message(cache, argc - 1, (const char **) argv + 1);
3415
3416         if (argc != 2)
3417                 return -EINVAL;
3418
3419         return set_config_value(cache, argv[0], argv[1]);
3420 }
3421
3422 static int cache_iterate_devices(struct dm_target *ti,
3423                                  iterate_devices_callout_fn fn, void *data)
3424 {
3425         int r = 0;
3426         struct cache *cache = ti->private;
3427
3428         r = fn(ti, cache->cache_dev, 0, get_dev_size(cache->cache_dev), data);
3429         if (!r)
3430                 r = fn(ti, cache->origin_dev, 0, ti->len, data);
3431
3432         return r;
3433 }
3434
3435 static void set_discard_limits(struct cache *cache, struct queue_limits *limits)
3436 {
3437         /*
3438          * FIXME: these limits may be incompatible with the cache device
3439          */
3440         limits->max_discard_sectors = min_t(sector_t, cache->discard_block_size * 1024,
3441                                             cache->origin_sectors);
3442         limits->discard_granularity = cache->discard_block_size << SECTOR_SHIFT;
3443 }
3444
3445 static void cache_io_hints(struct dm_target *ti, struct queue_limits *limits)
3446 {
3447         struct cache *cache = ti->private;
3448         uint64_t io_opt_sectors = limits->io_opt >> SECTOR_SHIFT;
3449
3450         /*
3451          * If the system-determined stacked limits are compatible with the
3452          * cache's blocksize (io_opt is a factor) do not override them.
3453          */
3454         if (io_opt_sectors < cache->sectors_per_block ||
3455             do_div(io_opt_sectors, cache->sectors_per_block)) {
3456                 blk_limits_io_min(limits, cache->sectors_per_block << SECTOR_SHIFT);
3457                 blk_limits_io_opt(limits, cache->sectors_per_block << SECTOR_SHIFT);
3458         }
3459         set_discard_limits(cache, limits);
3460 }
3461
3462 /*----------------------------------------------------------------*/
3463
3464 static struct target_type cache_target = {
3465         .name = "cache",
3466         .version = {2, 0, 0},
3467         .module = THIS_MODULE,
3468         .ctr = cache_ctr,
3469         .dtr = cache_dtr,
3470         .map = cache_map,
3471         .end_io = cache_end_io,
3472         .postsuspend = cache_postsuspend,
3473         .preresume = cache_preresume,
3474         .resume = cache_resume,
3475         .status = cache_status,
3476         .message = cache_message,
3477         .iterate_devices = cache_iterate_devices,
3478         .io_hints = cache_io_hints,
3479 };
3480
3481 static int __init dm_cache_init(void)
3482 {
3483         int r;
3484
3485         migration_cache = KMEM_CACHE(dm_cache_migration, 0);
3486         if (!migration_cache)
3487                 return -ENOMEM;
3488
3489         r = dm_register_target(&cache_target);
3490         if (r) {
3491                 DMERR("cache target registration failed: %d", r);
3492                 kmem_cache_destroy(migration_cache);
3493                 return r;
3494         }
3495
3496         return 0;
3497 }
3498
3499 static void __exit dm_cache_exit(void)
3500 {
3501         dm_unregister_target(&cache_target);
3502         kmem_cache_destroy(migration_cache);
3503 }
3504
3505 module_init(dm_cache_init);
3506 module_exit(dm_cache_exit);
3507
3508 MODULE_DESCRIPTION(DM_NAME " cache target");
3509 MODULE_AUTHOR("Joe Thornber <ejt@redhat.com>");
3510 MODULE_LICENSE("GPL");