drivers/md/dm-zoned-metadata.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * Copyright (C) 2017 Western Digital Corporation or its affiliates.
   4  *
   5  * This file is released under the GPL.
   6  */
   7
   8 #include "dm-zoned.h"
   9
  10 #include <linux/module.h>
  11 #include <linux/crc32.h>
  12 #include <linux/sched/mm.h>
  13
  14 #define DM_MSG_PREFIX           "zoned metadata"
  15
  16 /*
  17  * Metadata version.
  18  */
  19 #define DMZ_META_VER    1
  20
  21 /*
  22  * On-disk super block magic.
  23  */
  24 #define DMZ_MAGIC       ((((unsigned int)('D')) << 24) | \
  25                          (((unsigned int)('Z')) << 16) | \
  26                          (((unsigned int)('B')) <<  8) | \
  27                          ((unsigned int)('D')))
  28
  29 /*
  30  * On disk super block.
  31  * This uses only 512 B but uses on disk a full 4KB block. This block is
  32  * followed on disk by the mapping table of chunks to zones and the bitmap
  33  * blocks indicating zone block validity.
  34  * The overall resulting metadata format is:
  35  *    (1) Super block (1 block)
  36  *    (2) Chunk mapping table (nr_map_blocks)
  37  *    (3) Bitmap blocks (nr_bitmap_blocks)
  38  * All metadata blocks are stored in conventional zones, starting from
  39  * the first conventional zone found on disk.
  40  */
  41 struct dmz_super {
  42         /* Magic number */
  43         __le32          magic;                  /*   4 */
  44
  45         /* Metadata version number */
  46         __le32          version;                /*   8 */
  47
  48         /* Generation number */
  49         __le64          gen;                    /*  16 */
  50
  51         /* This block number */
  52         __le64          sb_block;               /*  24 */
  53
  54         /* The number of metadata blocks, including this super block */
  55         __le32          nr_meta_blocks;         /*  28 */
  56
  57         /* The number of sequential zones reserved for reclaim */
  58         __le32          nr_reserved_seq;        /*  32 */
  59
  60         /* The number of entries in the mapping table */
  61         __le32          nr_chunks;              /*  36 */
  62
  63         /* The number of blocks used for the chunk mapping table */
  64         __le32          nr_map_blocks;          /*  40 */
  65
  66         /* The number of blocks used for the block bitmaps */
  67         __le32          nr_bitmap_blocks;       /*  44 */
  68
  69         /* Checksum */
  70         __le32          crc;                    /*  48 */
  71
  72         /* Padding to full 512B sector */
  73         u8              reserved[464];          /* 512 */
  74 };
  75
  76 /*
  77  * Chunk mapping entry: entries are indexed by chunk number
  78  * and give the zone ID (dzone_id) mapping the chunk on disk.
  79  * This zone may be sequential or random. If it is a sequential
  80  * zone, a second zone (bzone_id) used as a write buffer may
  81  * also be specified. This second zone will always be a randomly
  82  * writeable zone.
  83  */
  84 struct dmz_map {
  85         __le32                  dzone_id;
  86         __le32                  bzone_id;
  87 };
  88
  89 /*
  90  * Chunk mapping table metadata: 512 8-bytes entries per 4KB block.
  91  */
  92 #define DMZ_MAP_ENTRIES         (DMZ_BLOCK_SIZE / sizeof(struct dmz_map))
  93 #define DMZ_MAP_ENTRIES_SHIFT   (ilog2(DMZ_MAP_ENTRIES))
  94 #define DMZ_MAP_ENTRIES_MASK    (DMZ_MAP_ENTRIES - 1)
  95 #define DMZ_MAP_UNMAPPED        UINT_MAX
  96
  97 /*
  98  * Meta data block descriptor (for cached metadata blocks).
  99  */
 100 struct dmz_mblock {
 101         struct rb_node          node;
 102         struct list_head        link;
 103         sector_t                no;
 104         unsigned int            ref;
 105         unsigned long           state;
 106         struct page             *page;
 107         void                    *data;
 108 };
 109
 110 /*
 111  * Metadata block state flags.
 112  */
 113 enum {
 114         DMZ_META_DIRTY,
 115         DMZ_META_READING,
 116         DMZ_META_WRITING,
 117         DMZ_META_ERROR,
 118 };
 119
 120 /*
 121  * Super block information (one per metadata set).
 122  */
 123 struct dmz_sb {
 124         sector_t                block;
 125         struct dmz_mblock       *mblk;
 126         struct dmz_super        *sb;
 127 };
 128
 129 /*
 130  * In-memory metadata.
 131  */
 132 struct dmz_metadata {
 133         struct dmz_dev          *dev;
 134
 135         sector_t                zone_bitmap_size;
 136         unsigned int            zone_nr_bitmap_blocks;
 137
 138         unsigned int            nr_bitmap_blocks;
 139         unsigned int            nr_map_blocks;
 140
 141         unsigned int            nr_useable_zones;
 142         unsigned int            nr_meta_blocks;
 143         unsigned int            nr_meta_zones;
 144         unsigned int            nr_data_zones;
 145         unsigned int            nr_rnd_zones;
 146         unsigned int            nr_reserved_seq;
 147         unsigned int            nr_chunks;
 148
 149         /* Zone information array */
 150         struct dm_zone          *zones;
 151
 152         struct dm_zone          *sb_zone;
 153         struct dmz_sb           sb[2];
 154         unsigned int            mblk_primary;
 155         u64                     sb_gen;
 156         unsigned int            min_nr_mblks;
 157         unsigned int            max_nr_mblks;
 158         atomic_t                nr_mblks;
 159         struct rw_semaphore     mblk_sem;
 160         struct mutex            mblk_flush_lock;
 161         spinlock_t              mblk_lock;
 162         struct rb_root          mblk_rbtree;
 163         struct list_head        mblk_lru_list;
 164         struct list_head        mblk_dirty_list;
 165         struct shrinker         mblk_shrinker;
 166
 167         /* Zone allocation management */
 168         struct mutex            map_lock;
 169         struct dmz_mblock       **map_mblk;
 170         unsigned int            nr_rnd;
 171         atomic_t                unmap_nr_rnd;
 172         struct list_head        unmap_rnd_list;
 173         struct list_head        map_rnd_list;
 174
 175         unsigned int            nr_seq;
 176         atomic_t                unmap_nr_seq;
 177         struct list_head        unmap_seq_list;
 178         struct list_head        map_seq_list;
 179
 180         atomic_t                nr_reserved_seq_zones;
 181         struct list_head        reserved_seq_zones_list;
 182
 183         wait_queue_head_t       free_wq;
 184 };
 185
 186 /*
 187  * Various accessors
 188  */
 189 unsigned int dmz_id(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
 190 {
 191         return ((unsigned int)(zone - zmd->zones));
 192 }
 193
 194 sector_t dmz_start_sect(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
 195 {
 196         return (sector_t)dmz_id(zmd, zone) << zmd->dev->zone_nr_sectors_shift;
 197 }
 198
 199 sector_t dmz_start_block(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
 200 {
 201         return (sector_t)dmz_id(zmd, zone) << zmd->dev->zone_nr_blocks_shift;
 202 }
 203
 204 unsigned int dmz_nr_chunks(struct dmz_metadata *zmd)
 205 {
 206         return zmd->nr_chunks;
 207 }
 208
 209 unsigned int dmz_nr_rnd_zones(struct dmz_metadata *zmd)
 210 {
 211         return zmd->nr_rnd;
 212 }
 213
 214 unsigned int dmz_nr_unmap_rnd_zones(struct dmz_metadata *zmd)
 215 {
 216         return atomic_read(&zmd->unmap_nr_rnd);
 217 }
 218
 219 /*
 220  * Lock/unlock mapping table.
 221  * The map lock also protects all the zone lists.
 222  */
 223 void dmz_lock_map(struct dmz_metadata *zmd)
 224 {
 225         mutex_lock(&zmd->map_lock);
 226 }
 227
 228 void dmz_unlock_map(struct dmz_metadata *zmd)
 229 {
 230         mutex_unlock(&zmd->map_lock);
 231 }
 232
 233 /*
 234  * Lock/unlock metadata access. This is a "read" lock on a semaphore
 235  * that prevents metadata flush from running while metadata are being
 236  * modified. The actual metadata write mutual exclusion is achieved with
 237  * the map lock and zone state management (active and reclaim state are
 238  * mutually exclusive).
 239  */
 240 void dmz_lock_metadata(struct dmz_metadata *zmd)
 241 {
 242         down_read(&zmd->mblk_sem);
 243 }
 244
 245 void dmz_unlock_metadata(struct dmz_metadata *zmd)
 246 {
 247         up_read(&zmd->mblk_sem);
 248 }
 249
 250 /*
 251  * Lock/unlock flush: prevent concurrent executions
 252  * of dmz_flush_metadata as well as metadata modification in reclaim
 253  * while flush is being executed.
 254  */
 255 void dmz_lock_flush(struct dmz_metadata *zmd)
 256 {
 257         mutex_lock(&zmd->mblk_flush_lock);
 258 }
 259
 260 void dmz_unlock_flush(struct dmz_metadata *zmd)
 261 {
 262         mutex_unlock(&zmd->mblk_flush_lock);
 263 }
 264
 265 /*
 266  * Allocate a metadata block.
 267  */
 268 static struct dmz_mblock *dmz_alloc_mblock(struct dmz_metadata *zmd,
 269                                            sector_t mblk_no)
 270 {
 271         struct dmz_mblock *mblk = NULL;
 272
 273         /* See if we can reuse cached blocks */
 274         if (zmd->max_nr_mblks && atomic_read(&zmd->nr_mblks) > zmd->max_nr_mblks) {
 275                 spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 276                 mblk = list_first_entry_or_null(&zmd->mblk_lru_list,
 277                                                 struct dmz_mblock, link);
 278                 if (mblk) {
 279                         list_del_init(&mblk->link);
 280                         rb_erase(&mblk->node, &zmd->mblk_rbtree);
 281                         mblk->no = mblk_no;
 282                 }
 283                 spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 284                 if (mblk)
 285                         return mblk;
 286         }
 287
 288         /* Allocate a new block */
 289         mblk = kmalloc(sizeof(struct dmz_mblock), GFP_NOIO);
 290         if (!mblk)
 291                 return NULL;
 292
 293         mblk->page = alloc_page(GFP_NOIO);
 294         if (!mblk->page) {
 295                 kfree(mblk);
 296                 return NULL;
 297         }
 298
 299         RB_CLEAR_NODE(&mblk->node);
 300         INIT_LIST_HEAD(&mblk->link);
 301         mblk->ref = 0;
 302         mblk->state = 0;
 303         mblk->no = mblk_no;
 304         mblk->data = page_address(mblk->page);
 305
 306         atomic_inc(&zmd->nr_mblks);
 307
 308         return mblk;
 309 }
 310
 311 /*
 312  * Free a metadata block.
 313  */
 314 static void dmz_free_mblock(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_mblock *mblk)
 315 {
 316         __free_pages(mblk->page, 0);
 317         kfree(mblk);
 318
 319         atomic_dec(&zmd->nr_mblks);
 320 }
 321
 322 /*
 323  * Insert a metadata block in the rbtree.
 324  */
 325 static void dmz_insert_mblock(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_mblock *mblk)
 326 {
 327         struct rb_root *root = &zmd->mblk_rbtree;
 328         struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
 329         struct dmz_mblock *b;
 330
 331         /* Figure out where to put the new node */
 332         while (*new) {
 333                 b = container_of(*new, struct dmz_mblock, node);
 334                 parent = *new;
 335                 new = (b->no < mblk->no) ? &((*new)->rb_left) : &((*new)->rb_right);
 336         }
 337
 338         /* Add new node and rebalance tree */
 339         rb_link_node(&mblk->node, parent, new);
 340         rb_insert_color(&mblk->node, root);
 341 }
 342
 343 /*
 344  * Lookup a metadata block in the rbtree. If the block is found, increment
 345  * its reference count.
 346  */
 347 static struct dmz_mblock *dmz_get_mblock_fast(struct dmz_metadata *zmd,
 348                                               sector_t mblk_no)
 349 {
 350         struct rb_root *root = &zmd->mblk_rbtree;
 351         struct rb_node *node = root->rb_node;
 352         struct dmz_mblock *mblk;
 353
 354         while (node) {
 355                 mblk = container_of(node, struct dmz_mblock, node);
 356                 if (mblk->no == mblk_no) {
 357                         /*
 358                          * If this is the first reference to the block,
 359                          * remove it from the LRU list.
 360                          */
 361                         mblk->ref++;
 362                         if (mblk->ref == 1 &&
 363                             !test_bit(DMZ_META_DIRTY, &mblk->state))
 364                                 list_del_init(&mblk->link);
 365                         return mblk;
 366                 }
 367                 node = (mblk->no < mblk_no) ? node->rb_left : node->rb_right;
 368         }
 369
 370         return NULL;
 371 }
 372
 373 /*
 374  * Metadata block BIO end callback.
 375  */
 376 static void dmz_mblock_bio_end_io(struct bio *bio)
 377 {
 378         struct dmz_mblock *mblk = bio->bi_private;
 379         int flag;
 380
 381         if (bio->bi_status)
 382                 set_bit(DMZ_META_ERROR, &mblk->state);
 383
 384         if (bio_op(bio) == REQ_OP_WRITE)
 385                 flag = DMZ_META_WRITING;
 386         else
 387                 flag = DMZ_META_READING;
 388
 389         clear_bit_unlock(flag, &mblk->state);
 390         smp_mb__after_atomic();
 391         wake_up_bit(&mblk->state, flag);
 392
 393         bio_put(bio);
 394 }
 395
 396 /*
 397  * Read an uncached metadata block from disk and add it to the cache.
 398  */
 399 static struct dmz_mblock *dmz_get_mblock_slow(struct dmz_metadata *zmd,
 400                                               sector_t mblk_no)
 401 {
 402         struct dmz_mblock *mblk, *m;
 403         sector_t block = zmd->sb[zmd->mblk_primary].block + mblk_no;
 404         struct bio *bio;
 405
 406         if (dmz_bdev_is_dying(zmd->dev))
 407                 return ERR_PTR(-EIO);
 408
 409         /* Get a new block and a BIO to read it */
 410         mblk = dmz_alloc_mblock(zmd, mblk_no);
 411         if (!mblk)
 412                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 413
 414         bio = bio_alloc(GFP_NOIO, 1);
 415         if (!bio) {
 416                 dmz_free_mblock(zmd, mblk);
 417                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 418         }
 419
 420         spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 421
 422         /*
 423          * Make sure that another context did not start reading
 424          * the block already.
 425          */
 426         m = dmz_get_mblock_fast(zmd, mblk_no);
 427         if (m) {
 428                 spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 429                 dmz_free_mblock(zmd, mblk);
 430                 bio_put(bio);
 431                 return m;
 432         }
 433
 434         mblk->ref++;
 435         set_bit(DMZ_META_READING, &mblk->state);
 436         dmz_insert_mblock(zmd, mblk);
 437
 438         spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 439
 440         /* Submit read BIO */
 441         bio->bi_iter.bi_sector = dmz_blk2sect(block);
 442         bio_set_dev(bio, zmd->dev->bdev);
 443         bio->bi_private = mblk;
 444         bio->bi_end_io = dmz_mblock_bio_end_io;
 445         bio_set_op_attrs(bio, REQ_OP_READ, REQ_META | REQ_PRIO);
 446         bio_add_page(bio, mblk->page, DMZ_BLOCK_SIZE, 0);
 447         submit_bio(bio);
 448
 449         return mblk;
 450 }
 451
 452 /*
 453  * Free metadata blocks.
 454  */
 455 static unsigned long dmz_shrink_mblock_cache(struct dmz_metadata *zmd,
 456                                              unsigned long limit)
 457 {
 458         struct dmz_mblock *mblk;
 459         unsigned long count = 0;
 460
 461         if (!zmd->max_nr_mblks)
 462                 return 0;
 463
 464         while (!list_empty(&zmd->mblk_lru_list) &&
 465                atomic_read(&zmd->nr_mblks) > zmd->min_nr_mblks &&
 466                count < limit) {
 467                 mblk = list_first_entry(&zmd->mblk_lru_list,
 468                                         struct dmz_mblock, link);
 469                 list_del_init(&mblk->link);
 470                 rb_erase(&mblk->node, &zmd->mblk_rbtree);
 471                 dmz_free_mblock(zmd, mblk);
 472                 count++;
 473         }
 474
 475         return count;
 476 }
 477
 478 /*
 479  * For mblock shrinker: get the number of unused metadata blocks in the cache.
 480  */
 481 static unsigned long dmz_mblock_shrinker_count(struct shrinker *shrink,
 482                                                struct shrink_control *sc)
 483 {
 484         struct dmz_metadata *zmd = container_of(shrink, struct dmz_metadata, mblk_shrinker);
 485
 486         return atomic_read(&zmd->nr_mblks);
 487 }
 488
 489 /*
 490  * For mblock shrinker: scan unused metadata blocks and shrink the cache.
 491  */
 492 static unsigned long dmz_mblock_shrinker_scan(struct shrinker *shrink,
 493                                               struct shrink_control *sc)
 494 {
 495         struct dmz_metadata *zmd = container_of(shrink, struct dmz_metadata, mblk_shrinker);
 496         unsigned long count;
 497
 498         spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 499         count = dmz_shrink_mblock_cache(zmd, sc->nr_to_scan);
 500         spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 501
 502         return count ? count : SHRINK_STOP;
 503 }
 504
 505 /*
 506  * Release a metadata block.
 507  */
 508 static void dmz_release_mblock(struct dmz_metadata *zmd,
 509                                struct dmz_mblock *mblk)
 510 {
 511
 512         if (!mblk)
 513                 return;
 514
 515         spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 516
 517         mblk->ref--;
 518         if (mblk->ref == 0) {
 519                 if (test_bit(DMZ_META_ERROR, &mblk->state)) {
 520                         rb_erase(&mblk->node, &zmd->mblk_rbtree);
 521                         dmz_free_mblock(zmd, mblk);
 522                 } else if (!test_bit(DMZ_META_DIRTY, &mblk->state)) {
 523                         list_add_tail(&mblk->link, &zmd->mblk_lru_list);
 524                         dmz_shrink_mblock_cache(zmd, 1);
 525                 }
 526         }
 527
 528         spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 529 }
 530
 531 /*
 532  * Get a metadata block from the rbtree. If the block
 533  * is not present, read it from disk.
 534  */
 535 static struct dmz_mblock *dmz_get_mblock(struct dmz_metadata *zmd,
 536                                          sector_t mblk_no)
 537 {
 538         struct dmz_mblock *mblk;
 539
 540         /* Check rbtree */
 541         spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 542         mblk = dmz_get_mblock_fast(zmd, mblk_no);
 543         spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 544
 545         if (!mblk) {
 546                 /* Cache miss: read the block from disk */
 547                 mblk = dmz_get_mblock_slow(zmd, mblk_no);
 548                 if (IS_ERR(mblk))
 549                         return mblk;
 550         }
 551
 552         /* Wait for on-going read I/O and check for error */
 553         wait_on_bit_io(&mblk->state, DMZ_META_READING,
 554                        TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 555         if (test_bit(DMZ_META_ERROR, &mblk->state)) {
 556                 dmz_release_mblock(zmd, mblk);
 557                 dmz_check_bdev(zmd->dev);
 558                 return ERR_PTR(-EIO);
 559         }
 560
 561         return mblk;
 562 }
 563
 564 /*
 565  * Mark a metadata block dirty.
 566  */
 567 static void dmz_dirty_mblock(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_mblock *mblk)
 568 {
 569         spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 570         if (!test_and_set_bit(DMZ_META_DIRTY, &mblk->state))
 571                 list_add_tail(&mblk->link, &zmd->mblk_dirty_list);
 572         spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 573 }
 574
 575 /*
 576  * Issue a metadata block write BIO.
 577  */
 578 static int dmz_write_mblock(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_mblock *mblk,
 579                             unsigned int set)
 580 {
 581         sector_t block = zmd->sb[set].block + mblk->no;
 582         struct bio *bio;
 583
 584         if (dmz_bdev_is_dying(zmd->dev))
 585                 return -EIO;
 586
 587         bio = bio_alloc(GFP_NOIO, 1);
 588         if (!bio) {
 589                 set_bit(DMZ_META_ERROR, &mblk->state);
 590                 return -ENOMEM;
 591         }
 592
 593         set_bit(DMZ_META_WRITING, &mblk->state);
 594
 595         bio->bi_iter.bi_sector = dmz_blk2sect(block);
 596         bio_set_dev(bio, zmd->dev->bdev);
 597         bio->bi_private = mblk;
 598         bio->bi_end_io = dmz_mblock_bio_end_io;
 599         bio_set_op_attrs(bio, REQ_OP_WRITE, REQ_META | REQ_PRIO);
 600         bio_add_page(bio, mblk->page, DMZ_BLOCK_SIZE, 0);
 601         submit_bio(bio);
 602
 603         return 0;
 604 }
 605
 606 /*
 607  * Read/write a metadata block.
 608  */
 609 static int dmz_rdwr_block(struct dmz_metadata *zmd, int op, sector_t block,
 610                           struct page *page)
 611 {
 612         struct bio *bio;
 613         int ret;
 614
 615         if (dmz_bdev_is_dying(zmd->dev))
 616                 return -EIO;
 617
 618         bio = bio_alloc(GFP_NOIO, 1);
 619         if (!bio)
 620                 return -ENOMEM;
 621
 622         bio->bi_iter.bi_sector = dmz_blk2sect(block);
 623         bio_set_dev(bio, zmd->dev->bdev);
 624         bio_set_op_attrs(bio, op, REQ_SYNC | REQ_META | REQ_PRIO);
 625         bio_add_page(bio, page, DMZ_BLOCK_SIZE, 0);
 626         ret = submit_bio_wait(bio);
 627         bio_put(bio);
 628
 629         if (ret)
 630                 dmz_check_bdev(zmd->dev);
 631         return ret;
 632 }
 633
 634 /*
 635  * Write super block of the specified metadata set.
 636  */
 637 static int dmz_write_sb(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int set)
 638 {
 639         sector_t block = zmd->sb[set].block;
 640         struct dmz_mblock *mblk = zmd->sb[set].mblk;
 641         struct dmz_super *sb = zmd->sb[set].sb;
 642         u64 sb_gen = zmd->sb_gen + 1;
 643         int ret;
 644
 645         sb->magic = cpu_to_le32(DMZ_MAGIC);
 646         sb->version = cpu_to_le32(DMZ_META_VER);
 647
 648         sb->gen = cpu_to_le64(sb_gen);
 649
 650         sb->sb_block = cpu_to_le64(block);
 651         sb->nr_meta_blocks = cpu_to_le32(zmd->nr_meta_blocks);
 652         sb->nr_reserved_seq = cpu_to_le32(zmd->nr_reserved_seq);
 653         sb->nr_chunks = cpu_to_le32(zmd->nr_chunks);
 654
 655         sb->nr_map_blocks = cpu_to_le32(zmd->nr_map_blocks);
 656         sb->nr_bitmap_blocks = cpu_to_le32(zmd->nr_bitmap_blocks);
 657
 658         sb->crc = 0;
 659         sb->crc = cpu_to_le32(crc32_le(sb_gen, (unsigned char *)sb, DMZ_BLOCK_SIZE));
 660
 661         ret = dmz_rdwr_block(zmd, REQ_OP_WRITE, block, mblk->page);
 662         if (ret == 0)
 663                 ret = blkdev_issue_flush(zmd->dev->bdev, GFP_NOIO, NULL);
 664
 665         return ret;
 666 }
 667
 668 /*
 669  * Write dirty metadata blocks to the specified set.
 670  */
 671 static int dmz_write_dirty_mblocks(struct dmz_metadata *zmd,
 672                                    struct list_head *write_list,
 673                                    unsigned int set)
 674 {
 675         struct dmz_mblock *mblk;
 676         struct blk_plug plug;
 677         int ret = 0, nr_mblks_submitted = 0;
 678
 679         /* Issue writes */
 680         blk_start_plug(&plug);
 681         list_for_each_entry(mblk, write_list, link) {
 682                 ret = dmz_write_mblock(zmd, mblk, set);
 683                 if (ret)
 684                         break;
 685                 nr_mblks_submitted++;
 686         }
 687         blk_finish_plug(&plug);
 688
 689         /* Wait for completion */
 690         list_for_each_entry(mblk, write_list, link) {
 691                 if (!nr_mblks_submitted)
 692                         break;
 693                 wait_on_bit_io(&mblk->state, DMZ_META_WRITING,
 694                                TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 695                 if (test_bit(DMZ_META_ERROR, &mblk->state)) {
 696                         clear_bit(DMZ_META_ERROR, &mblk->state);
 697                         dmz_check_bdev(zmd->dev);
 698                         ret = -EIO;
 699                 }
 700                 nr_mblks_submitted--;
 701         }
 702
 703         /* Flush drive cache (this will also sync data) */
 704         if (ret == 0)
 705                 ret = blkdev_issue_flush(zmd->dev->bdev, GFP_NOIO, NULL);
 706
 707         return ret;
 708 }
 709
 710 /*
 711  * Log dirty metadata blocks.
 712  */
 713 static int dmz_log_dirty_mblocks(struct dmz_metadata *zmd,
 714                                  struct list_head *write_list)
 715 {
 716         unsigned int log_set = zmd->mblk_primary ^ 0x1;
 717         int ret;
 718
 719         /* Write dirty blocks to the log */
 720         ret = dmz_write_dirty_mblocks(zmd, write_list, log_set);
 721         if (ret)
 722                 return ret;
 723
 724         /*
 725          * No error so far: now validate the log by updating the
 726          * log index super block generation.
 727          */
 728         ret = dmz_write_sb(zmd, log_set);
 729         if (ret)
 730                 return ret;
 731
 732         return 0;
 733 }
 734
 735 /*
 736  * Flush dirty metadata blocks.
 737  */
 738 int dmz_flush_metadata(struct dmz_metadata *zmd)
 739 {
 740         struct dmz_mblock *mblk;
 741         struct list_head write_list;
 742         int ret;
 743
 744         if (WARN_ON(!zmd))
 745                 return 0;
 746
 747         INIT_LIST_HEAD(&write_list);
 748
 749         /*
 750          * Make sure that metadata blocks are stable before logging: take
 751          * the write lock on the metadata semaphore to prevent target BIOs
 752          * from modifying metadata.
 753          */
 754         down_write(&zmd->mblk_sem);
 755
 756         /*
 757          * This is called from the target flush work and reclaim work.
 758          * Concurrent execution is not allowed.
 759          */
 760         dmz_lock_flush(zmd);
 761
 762         if (dmz_bdev_is_dying(zmd->dev)) {
 763                 ret = -EIO;
 764                 goto out;
 765         }
 766
 767         /* Get dirty blocks */
 768         spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 769         list_splice_init(&zmd->mblk_dirty_list, &write_list);
 770         spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 771
 772         /* If there are no dirty metadata blocks, just flush the device cache */
 773         if (list_empty(&write_list)) {
 774                 ret = blkdev_issue_flush(zmd->dev->bdev, GFP_NOIO, NULL);
 775                 goto err;
 776         }
 777
 778         /*
 779          * The primary metadata set is still clean. Keep it this way until
 780          * all updates are successful in the secondary set. That is, use
 781          * the secondary set as a log.
 782          */
 783         ret = dmz_log_dirty_mblocks(zmd, &write_list);
 784         if (ret)
 785                 goto err;
 786
 787         /*
 788          * The log is on disk. It is now safe to update in place
 789          * in the primary metadata set.
 790          */
 791         ret = dmz_write_dirty_mblocks(zmd, &write_list, zmd->mblk_primary);
 792         if (ret)
 793                 goto err;
 794
 795         ret = dmz_write_sb(zmd, zmd->mblk_primary);
 796         if (ret)
 797                 goto err;
 798
 799         while (!list_empty(&write_list)) {
 800                 mblk = list_first_entry(&write_list, struct dmz_mblock, link);
 801                 list_del_init(&mblk->link);
 802
 803                 spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 804                 clear_bit(DMZ_META_DIRTY, &mblk->state);
 805                 if (mblk->ref == 0)
 806                         list_add_tail(&mblk->link, &zmd->mblk_lru_list);
 807                 spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 808         }
 809
 810         zmd->sb_gen++;
 811 out:
 812         dmz_unlock_flush(zmd);
 813         up_write(&zmd->mblk_sem);
 814
 815         return ret;
 816
 817 err:
 818         if (!list_empty(&write_list)) {
 819                 spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 820                 list_splice(&write_list, &zmd->mblk_dirty_list);
 821                 spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 822         }
 823         if (!dmz_check_bdev(zmd->dev))
 824                 ret = -EIO;
 825         goto out;
 826 }
 827
 828 /*
 829  * Check super block.
 830  */
 831 static int dmz_check_sb(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_super *sb)
 832 {
 833         unsigned int nr_meta_zones, nr_data_zones;
 834         struct dmz_dev *dev = zmd->dev;
 835         u32 crc, stored_crc;
 836         u64 gen;
 837
 838         gen = le64_to_cpu(sb->gen);
 839         stored_crc = le32_to_cpu(sb->crc);
 840         sb->crc = 0;
 841         crc = crc32_le(gen, (unsigned char *)sb, DMZ_BLOCK_SIZE);
 842         if (crc != stored_crc) {
 843                 dmz_dev_err(dev, "Invalid checksum (needed 0x%08x, got 0x%08x)",
 844                             crc, stored_crc);
 845                 return -ENXIO;
 846         }
 847
 848         if (le32_to_cpu(sb->magic) != DMZ_MAGIC) {
 849                 dmz_dev_err(dev, "Invalid meta magic (needed 0x%08x, got 0x%08x)",
 850                             DMZ_MAGIC, le32_to_cpu(sb->magic));
 851                 return -ENXIO;
 852         }
 853
 854         if (le32_to_cpu(sb->version) != DMZ_META_VER) {
 855                 dmz_dev_err(dev, "Invalid meta version (needed %d, got %d)",
 856                             DMZ_META_VER, le32_to_cpu(sb->version));
 857                 return -ENXIO;
 858         }
 859
 860         nr_meta_zones = (le32_to_cpu(sb->nr_meta_blocks) + dev->zone_nr_blocks - 1)
 861                 >> dev->zone_nr_blocks_shift;
 862         if (!nr_meta_zones ||
 863             nr_meta_zones >= zmd->nr_rnd_zones) {
 864                 dmz_dev_err(dev, "Invalid number of metadata blocks");
 865                 return -ENXIO;
 866         }
 867
 868         if (!le32_to_cpu(sb->nr_reserved_seq) ||
 869             le32_to_cpu(sb->nr_reserved_seq) >= (zmd->nr_useable_zones - nr_meta_zones)) {
 870                 dmz_dev_err(dev, "Invalid number of reserved sequential zones");
 871                 return -ENXIO;
 872         }
 873
 874         nr_data_zones = zmd->nr_useable_zones -
 875                 (nr_meta_zones * 2 + le32_to_cpu(sb->nr_reserved_seq));
 876         if (le32_to_cpu(sb->nr_chunks) > nr_data_zones) {
 877                 dmz_dev_err(dev, "Invalid number of chunks %u / %u",
 878                             le32_to_cpu(sb->nr_chunks), nr_data_zones);
 879                 return -ENXIO;
 880         }
 881
 882         /* OK */
 883         zmd->nr_meta_blocks = le32_to_cpu(sb->nr_meta_blocks);
 884         zmd->nr_reserved_seq = le32_to_cpu(sb->nr_reserved_seq);
 885         zmd->nr_chunks = le32_to_cpu(sb->nr_chunks);
 886         zmd->nr_map_blocks = le32_to_cpu(sb->nr_map_blocks);
 887         zmd->nr_bitmap_blocks = le32_to_cpu(sb->nr_bitmap_blocks);
 888         zmd->nr_meta_zones = nr_meta_zones;
 889         zmd->nr_data_zones = nr_data_zones;
 890
 891         return 0;
 892 }
 893
 894 /*
 895  * Read the first or second super block from disk.
 896  */
 897 static int dmz_read_sb(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int set)
 898 {
 899         return dmz_rdwr_block(zmd, REQ_OP_READ, zmd->sb[set].block,
 900                               zmd->sb[set].mblk->page);
 901 }
 902
 903 /*
 904  * Determine the position of the secondary super blocks on disk.
 905  * This is used only if a corruption of the primary super block
 906  * is detected.
 907  */
 908 static int dmz_lookup_secondary_sb(struct dmz_metadata *zmd)
 909 {
 910         unsigned int zone_nr_blocks = zmd->dev->zone_nr_blocks;
 911         struct dmz_mblock *mblk;
 912         int i;
 913
 914         /* Allocate a block */
 915         mblk = dmz_alloc_mblock(zmd, 0);
 916         if (!mblk)
 917                 return -ENOMEM;
 918
 919         zmd->sb[1].mblk = mblk;
 920         zmd->sb[1].sb = mblk->data;
 921
 922         /* Bad first super block: search for the second one */
 923         zmd->sb[1].block = zmd->sb[0].block + zone_nr_blocks;
 924         for (i = 0; i < zmd->nr_rnd_zones - 1; i++) {
 925                 if (dmz_read_sb(zmd, 1) != 0)
 926                         break;
 927                 if (le32_to_cpu(zmd->sb[1].sb->magic) == DMZ_MAGIC)
 928                         return 0;
 929                 zmd->sb[1].block += zone_nr_blocks;
 930         }
 931
 932         dmz_free_mblock(zmd, mblk);
 933         zmd->sb[1].mblk = NULL;
 934
 935         return -EIO;
 936 }
 937
 938 /*
 939  * Read the first or second super block from disk.
 940  */
 941 static int dmz_get_sb(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int set)
 942 {
 943         struct dmz_mblock *mblk;
 944         int ret;
 945
 946         /* Allocate a block */
 947         mblk = dmz_alloc_mblock(zmd, 0);
 948         if (!mblk)
 949                 return -ENOMEM;
 950
 951         zmd->sb[set].mblk = mblk;
 952         zmd->sb[set].sb = mblk->data;
 953
 954         /* Read super block */
 955         ret = dmz_read_sb(zmd, set);
 956         if (ret) {
 957                 dmz_free_mblock(zmd, mblk);
 958                 zmd->sb[set].mblk = NULL;
 959                 return ret;
 960         }
 961
 962         return 0;
 963 }
 964
 965 /*
 966  * Recover a metadata set.
 967  */
 968 static int dmz_recover_mblocks(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int dst_set)
 969 {
 970         unsigned int src_set = dst_set ^ 0x1;
 971         struct page *page;
 972         int i, ret;
 973
 974         dmz_dev_warn(zmd->dev, "Metadata set %u invalid: recovering", dst_set);
 975
 976         if (dst_set == 0)
 977                 zmd->sb[0].block = dmz_start_block(zmd, zmd->sb_zone);
 978         else {
 979                 zmd->sb[1].block = zmd->sb[0].block +
 980                         (zmd->nr_meta_zones << zmd->dev->zone_nr_blocks_shift);
 981         }
 982
 983         page = alloc_page(GFP_NOIO);
 984         if (!page)
 985                 return -ENOMEM;
 986
 987         /* Copy metadata blocks */
 988         for (i = 1; i < zmd->nr_meta_blocks; i++) {
 989                 ret = dmz_rdwr_block(zmd, REQ_OP_READ,
 990                                      zmd->sb[src_set].block + i, page);
 991                 if (ret)
 992                         goto out;
 993                 ret = dmz_rdwr_block(zmd, REQ_OP_WRITE,
 994                                      zmd->sb[dst_set].block + i, page);
 995                 if (ret)
 996                         goto out;
 997         }
 998
 999         /* Finalize with the super block */
1000         if (!zmd->sb[dst_set].mblk) {
1001                 zmd->sb[dst_set].mblk = dmz_alloc_mblock(zmd, 0);
1002                 if (!zmd->sb[dst_set].mblk) {
1003                         ret = -ENOMEM;
1004                         goto out;
1005                 }
1006                 zmd->sb[dst_set].sb = zmd->sb[dst_set].mblk->data;
1007         }
1008
1009         ret = dmz_write_sb(zmd, dst_set);
1010 out:
1011         __free_pages(page, 0);
1012
1013         return ret;
1014 }
1015
1016 /*
1017  * Get super block from disk.
1018  */
1019 static int dmz_load_sb(struct dmz_metadata *zmd)
1020 {
1021         bool sb_good[2] = {false, false};
1022         u64 sb_gen[2] = {0, 0};
1023         int ret;
1024
1025         /* Read and check the primary super block */
1026         zmd->sb[0].block = dmz_start_block(zmd, zmd->sb_zone);
1027         ret = dmz_get_sb(zmd, 0);
1028         if (ret) {
1029                 dmz_dev_err(zmd->dev, "Read primary super block failed");
1030                 return ret;
1031         }
1032
1033         ret = dmz_check_sb(zmd, zmd->sb[0].sb);
1034
1035         /* Read and check secondary super block */
1036         if (ret == 0) {
1037                 sb_good[0] = true;
1038                 zmd->sb[1].block = zmd->sb[0].block +
1039                         (zmd->nr_meta_zones << zmd->dev->zone_nr_blocks_shift);
1040                 ret = dmz_get_sb(zmd, 1);
1041         } else
1042                 ret = dmz_lookup_secondary_sb(zmd);
1043
1044         if (ret) {
1045                 dmz_dev_err(zmd->dev, "Read secondary super block failed");
1046                 return ret;
1047         }
1048
1049         ret = dmz_check_sb(zmd, zmd->sb[1].sb);
1050         if (ret == 0)
1051                 sb_good[1] = true;
1052
1053         /* Use highest generation sb first */
1054         if (!sb_good[0] && !sb_good[1]) {
1055                 dmz_dev_err(zmd->dev, "No valid super block found");
1056                 return -EIO;
1057         }
1058
1059         if (sb_good[0])
1060                 sb_gen[0] = le64_to_cpu(zmd->sb[0].sb->gen);
1061         else
1062                 ret = dmz_recover_mblocks(zmd, 0);
1063
1064         if (sb_good[1])
1065                 sb_gen[1] = le64_to_cpu(zmd->sb[1].sb->gen);
1066         else
1067                 ret = dmz_recover_mblocks(zmd, 1);
1068
1069         if (ret) {
1070                 dmz_dev_err(zmd->dev, "Recovery failed");
1071                 return -EIO;
1072         }
1073
1074         if (sb_gen[0] >= sb_gen[1]) {
1075                 zmd->sb_gen = sb_gen[0];
1076                 zmd->mblk_primary = 0;
1077         } else {
1078                 zmd->sb_gen = sb_gen[1];
1079                 zmd->mblk_primary = 1;
1080         }
1081
1082         dmz_dev_debug(zmd->dev, "Using super block %u (gen %llu)",
1083                       zmd->mblk_primary, zmd->sb_gen);
1084
1085         return 0;
1086 }
1087
1088 /*
1089  * Initialize a zone descriptor.
1090  */
1091 static int dmz_init_zone(struct blk_zone *blkz, unsigned int idx, void *data)
1092 {
1093         struct dmz_metadata *zmd = data;
1094         struct dm_zone *zone = &zmd->zones[idx];
1095         struct dmz_dev *dev = zmd->dev;
1096
1097         /* Ignore the eventual last runt (smaller) zone */
1098         if (blkz->len != dev->zone_nr_sectors) {
1099                 if (blkz->start + blkz->len == dev->capacity)
1100                         return 0;
1101                 return -ENXIO;
1102         }
1103
1104         INIT_LIST_HEAD(&zone->link);
1105         atomic_set(&zone->refcount, 0);
1106         zone->chunk = DMZ_MAP_UNMAPPED;
1107
1108         switch (blkz->type) {
1109         case BLK_ZONE_TYPE_CONVENTIONAL:
1110                 set_bit(DMZ_RND, &zone->flags);
1111                 zmd->nr_rnd_zones++;
1112                 break;
1113         case BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ:
1114         case BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_PREF:
1115                 set_bit(DMZ_SEQ, &zone->flags);
1116                 break;
1117         default:
1118                 return -ENXIO;
1119         }
1120
1121         if (dmz_is_rnd(zone))
1122                 zone->wp_block = 0;
1123         else
1124                 zone->wp_block = dmz_sect2blk(blkz->wp - blkz->start);
1125
1126         if (blkz->cond == BLK_ZONE_COND_OFFLINE)
1127                 set_bit(DMZ_OFFLINE, &zone->flags);
1128         else if (blkz->cond == BLK_ZONE_COND_READONLY)
1129                 set_bit(DMZ_READ_ONLY, &zone->flags);
1130         else {
1131                 zmd->nr_useable_zones++;
1132                 if (dmz_is_rnd(zone)) {
1133                         zmd->nr_rnd_zones++;
1134                         if (!zmd->sb_zone) {
1135                                 /* Super block zone */
1136                                 zmd->sb_zone = zone;
1137                         }
1138                 }
1139         }
1140
1141         return 0;
1142 }
1143
1144 /*
1145  * Free zones descriptors.
1146  */
1147 static void dmz_drop_zones(struct dmz_metadata *zmd)
1148 {
1149         kfree(zmd->zones);
1150         zmd->zones = NULL;
1151 }
1152
1153 /*
1154  * Allocate and initialize zone descriptors using the zone
1155  * information from disk.
1156  */
1157 static int dmz_init_zones(struct dmz_metadata *zmd)
1158 {
1159         struct dmz_dev *dev = zmd->dev;
1160         int ret;
1161
1162         /* Init */
1163         zmd->zone_bitmap_size = dev->zone_nr_blocks >> 3;
1164         zmd->zone_nr_bitmap_blocks = zmd->zone_bitmap_size >> DMZ_BLOCK_SHIFT;
1165
1166         /* Allocate zone array */
1167         zmd->zones = kcalloc(dev->nr_zones, sizeof(struct dm_zone), GFP_KERNEL);
1168         if (!zmd->zones)
1169                 return -ENOMEM;
1170
1171         dmz_dev_info(dev, "Using %zu B for zone information",
1172                      sizeof(struct dm_zone) * dev->nr_zones);
1173
1174         /*
1175          * Get zone information and initialize zone descriptors.  At the same
1176          * time, determine where the super block should be: first block of the
1177          * first randomly writable zone.
1178          */
1179         ret = blkdev_report_zones(dev->bdev, 0, BLK_ALL_ZONES, dmz_init_zone,
1180                                   zmd);
1181         if (ret < 0) {
1182                 dmz_drop_zones(zmd);
1183                 return ret;
1184         }
1185
1186         return 0;
1187 }
1188
1189 static int dmz_update_zone_cb(struct blk_zone *blkz, unsigned int idx,
1190                               void *data)
1191 {
1192         struct dm_zone *zone = data;
1193
1194         clear_bit(DMZ_OFFLINE, &zone->flags);
1195         clear_bit(DMZ_READ_ONLY, &zone->flags);
1196         if (blkz->cond == BLK_ZONE_COND_OFFLINE)
1197                 set_bit(DMZ_OFFLINE, &zone->flags);
1198         else if (blkz->cond == BLK_ZONE_COND_READONLY)
1199                 set_bit(DMZ_READ_ONLY, &zone->flags);
1200
1201         if (dmz_is_seq(zone))
1202                 zone->wp_block = dmz_sect2blk(blkz->wp - blkz->start);
1203         else
1204                 zone->wp_block = 0;
1205         return 0;
1206 }
1207
1208 /*
1209  * Update a zone information.
1210  */
1211 static int dmz_update_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
1212 {
1213         unsigned int noio_flag;
1214         int ret;
1215
1216         /*
1217          * Get zone information from disk. Since blkdev_report_zones() uses
1218          * GFP_KERNEL by default for memory allocations, set the per-task
1219          * PF_MEMALLOC_NOIO flag so that all allocations are done as if
1220          * GFP_NOIO was specified.
1221          */
1222         noio_flag = memalloc_noio_save();
1223         ret = blkdev_report_zones(zmd->dev->bdev, dmz_start_sect(zmd, zone), 1,
1224                                   dmz_update_zone_cb, zone);
1225         memalloc_noio_restore(noio_flag);
1226
1227         if (ret == 0)
1228                 ret = -EIO;
1229         if (ret < 0) {
1230                 dmz_dev_err(zmd->dev, "Get zone %u report failed",
1231                             dmz_id(zmd, zone));
1232                 dmz_check_bdev(zmd->dev);
1233                 return ret;
1234         }
1235
1236         return 0;
1237 }
1238
1239 /*
1240  * Check a zone write pointer position when the zone is marked
1241  * with the sequential write error flag.
1242  */
1243 static int dmz_handle_seq_write_err(struct dmz_metadata *zmd,
1244                                     struct dm_zone *zone)
1245 {
1246         unsigned int wp = 0;
1247         int ret;
1248
1249         wp = zone->wp_block;
1250         ret = dmz_update_zone(zmd, zone);
1251         if (ret)
1252                 return ret;
1253
1254         dmz_dev_warn(zmd->dev, "Processing zone %u write error (zone wp %u/%u)",
1255                      dmz_id(zmd, zone), zone->wp_block, wp);
1256
1257         if (zone->wp_block < wp) {
1258                 dmz_invalidate_blocks(zmd, zone, zone->wp_block,
1259                                       wp - zone->wp_block);
1260         }
1261
1262         return 0;
1263 }
1264
1265 static struct dm_zone *dmz_get(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int zone_id)
1266 {
1267         return &zmd->zones[zone_id];
1268 }
1269
1270 /*
1271  * Reset a zone write pointer.
1272  */
1273 static int dmz_reset_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
1274 {
1275         int ret;
1276
1277         /*
1278          * Ignore offline zones, read only zones,
1279          * and conventional zones.
1280          */
1281         if (dmz_is_offline(zone) ||
1282             dmz_is_readonly(zone) ||
1283             dmz_is_rnd(zone))
1284                 return 0;
1285
1286         if (!dmz_is_empty(zone) || dmz_seq_write_err(zone)) {
1287                 struct dmz_dev *dev = zmd->dev;
1288
1289                 ret = blkdev_zone_mgmt(dev->bdev, REQ_OP_ZONE_RESET,
1290                                        dmz_start_sect(zmd, zone),
1291                                        dev->zone_nr_sectors, GFP_NOIO);
1292                 if (ret) {
1293                         dmz_dev_err(dev, "Reset zone %u failed %d",
1294                                     dmz_id(zmd, zone), ret);
1295                         return ret;
1296                 }
1297         }
1298
1299         /* Clear write error bit and rewind write pointer position */
1300         clear_bit(DMZ_SEQ_WRITE_ERR, &zone->flags);
1301         zone->wp_block = 0;
1302
1303         return 0;
1304 }
1305
1306 static void dmz_get_zone_weight(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone);
1307
1308 /*
1309  * Initialize chunk mapping.
1310  */
1311 static int dmz_load_mapping(struct dmz_metadata *zmd)
1312 {
1313         struct dmz_dev *dev = zmd->dev;
1314         struct dm_zone *dzone, *bzone;
1315         struct dmz_mblock *dmap_mblk = NULL;
1316         struct dmz_map *dmap;
1317         unsigned int i = 0, e = 0, chunk = 0;
1318         unsigned int dzone_id;
1319         unsigned int bzone_id;
1320
1321         /* Metadata block array for the chunk mapping table */
1322         zmd->map_mblk = kcalloc(zmd->nr_map_blocks,
1323                                 sizeof(struct dmz_mblk *), GFP_KERNEL);
1324         if (!zmd->map_mblk)
1325                 return -ENOMEM;
1326
1327         /* Get chunk mapping table blocks and initialize zone mapping */
1328         while (chunk < zmd->nr_chunks) {
1329                 if (!dmap_mblk) {
1330                         /* Get mapping block */
1331                         dmap_mblk = dmz_get_mblock(zmd, i + 1);
1332                         if (IS_ERR(dmap_mblk))
1333                                 return PTR_ERR(dmap_mblk);
1334                         zmd->map_mblk[i] = dmap_mblk;
1335                         dmap = (struct dmz_map *) dmap_mblk->data;
1336                         i++;
1337                         e = 0;
1338                 }
1339
1340                 /* Check data zone */
1341                 dzone_id = le32_to_cpu(dmap[e].dzone_id);
1342                 if (dzone_id == DMZ_MAP_UNMAPPED)
1343                         goto next;
1344
1345                 if (dzone_id >= dev->nr_zones) {
1346                         dmz_dev_err(dev, "Chunk %u mapping: invalid data zone ID %u",
1347                                     chunk, dzone_id);
1348                         return -EIO;
1349                 }
1350
1351                 dzone = dmz_get(zmd, dzone_id);
1352                 set_bit(DMZ_DATA, &dzone->flags);
1353                 dzone->chunk = chunk;
1354                 dmz_get_zone_weight(zmd, dzone);
1355
1356                 if (dmz_is_rnd(dzone))
1357                         list_add_tail(&dzone->link, &zmd->map_rnd_list);
1358                 else
1359                         list_add_tail(&dzone->link, &zmd->map_seq_list);
1360
1361                 /* Check buffer zone */
1362                 bzone_id = le32_to_cpu(dmap[e].bzone_id);
1363                 if (bzone_id == DMZ_MAP_UNMAPPED)
1364                         goto next;
1365
1366                 if (bzone_id >= dev->nr_zones) {
1367                         dmz_dev_err(dev, "Chunk %u mapping: invalid buffer zone ID %u",
1368                                     chunk, bzone_id);
1369                         return -EIO;
1370                 }
1371
1372                 bzone = dmz_get(zmd, bzone_id);
1373                 if (!dmz_is_rnd(bzone)) {
1374                         dmz_dev_err(dev, "Chunk %u mapping: invalid buffer zone %u",
1375                                     chunk, bzone_id);
1376                         return -EIO;
1377                 }
1378
1379                 set_bit(DMZ_DATA, &bzone->flags);
1380                 set_bit(DMZ_BUF, &bzone->flags);
1381                 bzone->chunk = chunk;
1382                 bzone->bzone = dzone;
1383                 dzone->bzone = bzone;
1384                 dmz_get_zone_weight(zmd, bzone);
1385                 list_add_tail(&bzone->link, &zmd->map_rnd_list);
1386 next:
1387                 chunk++;
1388                 e++;
1389                 if (e >= DMZ_MAP_ENTRIES)
1390                         dmap_mblk = NULL;
1391         }
1392
1393         /*
1394          * At this point, only meta zones and mapped data zones were
1395          * fully initialized. All remaining zones are unmapped data
1396          * zones. Finish initializing those here.
1397          */
1398         for (i = 0; i < dev->nr_zones; i++) {
1399                 dzone = dmz_get(zmd, i);
1400                 if (dmz_is_meta(dzone))
1401                         continue;
1402
1403                 if (dmz_is_rnd(dzone))
1404                         zmd->nr_rnd++;
1405                 else
1406                         zmd->nr_seq++;
1407
1408                 if (dmz_is_data(dzone)) {
1409                         /* Already initialized */
1410                         continue;
1411                 }
1412
1413                 /* Unmapped data zone */
1414                 set_bit(DMZ_DATA, &dzone->flags);
1415                 dzone->chunk = DMZ_MAP_UNMAPPED;
1416                 if (dmz_is_rnd(dzone)) {
1417                         list_add_tail(&dzone->link, &zmd->unmap_rnd_list);
1418                         atomic_inc(&zmd->unmap_nr_rnd);
1419                 } else if (atomic_read(&zmd->nr_reserved_seq_zones) < zmd->nr_reserved_seq) {
1420                         list_add_tail(&dzone->link, &zmd->reserved_seq_zones_list);
1421                         atomic_inc(&zmd->nr_reserved_seq_zones);
1422                         zmd->nr_seq--;
1423                 } else {
1424                         list_add_tail(&dzone->link, &zmd->unmap_seq_list);
1425                         atomic_inc(&zmd->unmap_nr_seq);
1426                 }
1427         }
1428
1429         return 0;
1430 }
1431
1432 /*
1433  * Set a data chunk mapping.
1434  */
1435 static void dmz_set_chunk_mapping(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int chunk,
1436                                   unsigned int dzone_id, unsigned int bzone_id)
1437 {
1438         struct dmz_mblock *dmap_mblk = zmd->map_mblk[chunk >> DMZ_MAP_ENTRIES_SHIFT];
1439         struct dmz_map *dmap = (struct dmz_map *) dmap_mblk->data;
1440         int map_idx = chunk & DMZ_MAP_ENTRIES_MASK;
1441
1442         dmap[map_idx].dzone_id = cpu_to_le32(dzone_id);
1443         dmap[map_idx].bzone_id = cpu_to_le32(bzone_id);
1444         dmz_dirty_mblock(zmd, dmap_mblk);
1445 }
1446
1447 /*
1448  * The list of mapped zones is maintained in LRU order.
1449  * This rotates a zone at the end of its map list.
1450  */
1451 static void __dmz_lru_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
1452 {
1453         if (list_empty(&zone->link))
1454                 return;
1455
1456         list_del_init(&zone->link);
1457         if (dmz_is_seq(zone)) {
1458                 /* LRU rotate sequential zone */
1459                 list_add_tail(&zone->link, &zmd->map_seq_list);
1460         } else {
1461                 /* LRU rotate random zone */
1462                 list_add_tail(&zone->link, &zmd->map_rnd_list);
1463         }
1464 }
1465
1466 /*
1467  * The list of mapped random zones is maintained
1468  * in LRU order. This rotates a zone at the end of the list.
1469  */
1470 static void dmz_lru_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
1471 {
1472         __dmz_lru_zone(zmd, zone);
1473         if (zone->bzone)
1474                 __dmz_lru_zone(zmd, zone->bzone);
1475 }
1476
1477 /*
1478  * Wait for any zone to be freed.
1479  */
1480 static void dmz_wait_for_free_zones(struct dmz_metadata *zmd)
1481 {
1482         DEFINE_WAIT(wait);
1483
1484         prepare_to_wait(&zmd->free_wq, &wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1485         dmz_unlock_map(zmd);
1486         dmz_unlock_metadata(zmd);
1487
1488         io_schedule_timeout(HZ);
1489
1490         dmz_lock_metadata(zmd);
1491         dmz_lock_map(zmd);
1492         finish_wait(&zmd->free_wq, &wait);
1493 }
1494
1495 /*
1496  * Lock a zone for reclaim (set the zone RECLAIM bit).
1497  * Returns false if the zone cannot be locked or if it is already locked
1498  * and 1 otherwise.
1499  */
1500 int dmz_lock_zone_reclaim(struct dm_zone *zone)
1501 {
1502         /* Active zones cannot be reclaimed */
1503         if (dmz_is_active(zone))
1504                 return 0;
1505
1506         return !test_and_set_bit(DMZ_RECLAIM, &zone->flags);
1507 }
1508
1509 /*
1510  * Clear a zone reclaim flag.
1511  */
1512 void dmz_unlock_zone_reclaim(struct dm_zone *zone)
1513 {
1514         WARN_ON(dmz_is_active(zone));
1515         WARN_ON(!dmz_in_reclaim(zone));
1516
1517         clear_bit_unlock(DMZ_RECLAIM, &zone->flags);
1518         smp_mb__after_atomic();
1519         wake_up_bit(&zone->flags, DMZ_RECLAIM);
1520 }
1521
1522 /*
1523  * Wait for a zone reclaim to complete.
1524  */
1525 static void dmz_wait_for_reclaim(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
1526 {
1527         dmz_unlock_map(zmd);
1528         dmz_unlock_metadata(zmd);
1529         wait_on_bit_timeout(&zone->flags, DMZ_RECLAIM, TASK_UNINTERRUPTIBLE, HZ);
1530         dmz_lock_metadata(zmd);
1531         dmz_lock_map(zmd);
1532 }
1533
1534 /*
1535  * Select a random write zone for reclaim.
1536  */
1537 static struct dm_zone *dmz_get_rnd_zone_for_reclaim(struct dmz_metadata *zmd)
1538 {
1539         struct dm_zone *dzone = NULL;
1540         struct dm_zone *zone;
1541
1542         if (list_empty(&zmd->map_rnd_list))
1543                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1544
1545         list_for_each_entry(zone, &zmd->map_rnd_list, link) {
1546                 if (dmz_is_buf(zone))
1547                         dzone = zone->bzone;
1548                 else
1549                         dzone = zone;
1550                 if (dmz_lock_zone_reclaim(dzone))
1551                         return dzone;
1552         }
1553
1554         return ERR_PTR(-EBUSY);
1555 }
1556
1557 /*
1558  * Select a buffered sequential zone for reclaim.
1559  */
1560 static struct dm_zone *dmz_get_seq_zone_for_reclaim(struct dmz_metadata *zmd)
1561 {
1562         struct dm_zone *zone;
1563
1564         if (list_empty(&zmd->map_seq_list))
1565                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1566
1567         list_for_each_entry(zone, &zmd->map_seq_list, link) {
1568                 if (!zone->bzone)
1569                         continue;
1570                 if (dmz_lock_zone_reclaim(zone))
1571                         return zone;
1572         }
1573
1574         return ERR_PTR(-EBUSY);
1575 }
1576
1577 /*
1578  * Select a zone for reclaim.
1579  */
1580 struct dm_zone *dmz_get_zone_for_reclaim(struct dmz_metadata *zmd)
1581 {
1582         struct dm_zone *zone;
1583
1584         /*
1585          * Search for a zone candidate to reclaim: 2 cases are possible.
1586          * (1) There is no free sequential zones. Then a random data zone
1587          *     cannot be reclaimed. So choose a sequential zone to reclaim so
1588          *     that afterward a random zone can be reclaimed.
1589          * (2) At least one free sequential zone is available, then choose
1590          *     the oldest random zone (data or buffer) that can be locked.
1591          */
1592         dmz_lock_map(zmd);
1593         if (list_empty(&zmd->reserved_seq_zones_list))
1594                 zone = dmz_get_seq_zone_for_reclaim(zmd);
1595         else
1596                 zone = dmz_get_rnd_zone_for_reclaim(zmd);
1597         dmz_unlock_map(zmd);
1598
1599         return zone;
1600 }
1601
1602 /*
1603  * Get the zone mapping a chunk, if the chunk is mapped already.
1604  * If no mapping exist and the operation is WRITE, a zone is
1605  * allocated and used to map the chunk.
1606  * The zone returned will be set to the active state.
1607  */
1608 struct dm_zone *dmz_get_chunk_mapping(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int chunk, int op)
1609 {
1610         struct dmz_mblock *dmap_mblk = zmd->map_mblk[chunk >> DMZ_MAP_ENTRIES_SHIFT];
1611         struct dmz_map *dmap = (struct dmz_map *) dmap_mblk->data;
1612         int dmap_idx = chunk & DMZ_MAP_ENTRIES_MASK;
1613         unsigned int dzone_id;
1614         struct dm_zone *dzone = NULL;
1615         int ret = 0;
1616
1617         dmz_lock_map(zmd);
1618 again:
1619         /* Get the chunk mapping */
1620         dzone_id = le32_to_cpu(dmap[dmap_idx].dzone_id);
1621         if (dzone_id == DMZ_MAP_UNMAPPED) {
1622                 /*
1623                  * Read or discard in unmapped chunks are fine. But for
1624                  * writes, we need a mapping, so get one.
1625                  */
1626                 if (op != REQ_OP_WRITE)
1627                         goto out;
1628
1629                 /* Allocate a random zone */
1630                 dzone = dmz_alloc_zone(zmd, DMZ_ALLOC_RND);
1631                 if (!dzone) {
1632                         if (dmz_bdev_is_dying(zmd->dev)) {
1633                                 dzone = ERR_PTR(-EIO);
1634                                 goto out;
1635                         }
1636                         dmz_wait_for_free_zones(zmd);
1637                         goto again;
1638                 }
1639
1640                 dmz_map_zone(zmd, dzone, chunk);
1641
1642         } else {
1643                 /* The chunk is already mapped: get the mapping zone */
1644                 dzone = dmz_get(zmd, dzone_id);
1645                 if (dzone->chunk != chunk) {
1646                         dzone = ERR_PTR(-EIO);
1647                         goto out;
1648                 }
1649
1650                 /* Repair write pointer if the sequential dzone has error */
1651                 if (dmz_seq_write_err(dzone)) {
1652                         ret = dmz_handle_seq_write_err(zmd, dzone);
1653                         if (ret) {
1654                                 dzone = ERR_PTR(-EIO);
1655                                 goto out;
1656                         }
1657                         clear_bit(DMZ_SEQ_WRITE_ERR, &dzone->flags);
1658                 }
1659         }
1660
1661         /*
1662          * If the zone is being reclaimed, the chunk mapping may change
1663          * to a different zone. So wait for reclaim and retry. Otherwise,
1664          * activate the zone (this will prevent reclaim from touching it).
1665          */
1666         if (dmz_in_reclaim(dzone)) {
1667                 dmz_wait_for_reclaim(zmd, dzone);
1668                 goto again;
1669         }
1670         dmz_activate_zone(dzone);
1671         dmz_lru_zone(zmd, dzone);
1672 out:
1673         dmz_unlock_map(zmd);
1674
1675         return dzone;
1676 }
1677
1678 /*
1679  * Write and discard change the block validity of data zones and their buffer
1680  * zones. Check here that valid blocks are still present. If all blocks are
1681  * invalid, the zones can be unmapped on the fly without waiting for reclaim
1682  * to do it.
1683  */
1684 void dmz_put_chunk_mapping(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *dzone)
1685 {
1686         struct dm_zone *bzone;
1687
1688         dmz_lock_map(zmd);
1689
1690         bzone = dzone->bzone;
1691         if (bzone) {
1692                 if (dmz_weight(bzone))
1693                         dmz_lru_zone(zmd, bzone);
1694                 else {
1695                         /* Empty buffer zone: reclaim it */
1696                         dmz_unmap_zone(zmd, bzone);
1697                         dmz_free_zone(zmd, bzone);
1698                         bzone = NULL;
1699                 }
1700         }
1701
1702         /* Deactivate the data zone */
1703         dmz_deactivate_zone(dzone);
1704         if (dmz_is_active(dzone) || bzone || dmz_weight(dzone))
1705                 dmz_lru_zone(zmd, dzone);
1706         else {
1707                 /* Unbuffered inactive empty data zone: reclaim it */
1708                 dmz_unmap_zone(zmd, dzone);
1709                 dmz_free_zone(zmd, dzone);
1710         }
1711
1712         dmz_unlock_map(zmd);
1713 }
1714
1715 /*
1716  * Allocate and map a random zone to buffer a chunk
1717  * already mapped to a sequential zone.
1718  */
1719 struct dm_zone *dmz_get_chunk_buffer(struct dmz_metadata *zmd,
1720                                      struct dm_zone *dzone)
1721 {
1722         struct dm_zone *bzone;
1723
1724         dmz_lock_map(zmd);
1725 again:
1726         bzone = dzone->bzone;
1727         if (bzone)
1728                 goto out;
1729
1730         /* Allocate a random zone */
1731         bzone = dmz_alloc_zone(zmd, DMZ_ALLOC_RND);
1732         if (!bzone) {
1733                 if (dmz_bdev_is_dying(zmd->dev)) {
1734                         bzone = ERR_PTR(-EIO);
1735                         goto out;
1736                 }
1737                 dmz_wait_for_free_zones(zmd);
1738                 goto again;
1739         }
1740
1741         /* Update the chunk mapping */
1742         dmz_set_chunk_mapping(zmd, dzone->chunk, dmz_id(zmd, dzone),
1743                               dmz_id(zmd, bzone));
1744
1745         set_bit(DMZ_BUF, &bzone->flags);
1746         bzone->chunk = dzone->chunk;
1747         bzone->bzone = dzone;
1748         dzone->bzone = bzone;
1749         list_add_tail(&bzone->link, &zmd->map_rnd_list);
1750 out:
1751         dmz_unlock_map(zmd);
1752
1753         return bzone;
1754 }
1755
1756 /*
1757  * Get an unmapped (free) zone.
1758  * This must be called with the mapping lock held.
1759  */
1760 struct dm_zone *dmz_alloc_zone(struct dmz_metadata *zmd, unsigned long flags)
1761 {
1762         struct list_head *list;
1763         struct dm_zone *zone;
1764
1765         if (flags & DMZ_ALLOC_RND)
1766                 list = &zmd->unmap_rnd_list;
1767         else
1768                 list = &zmd->unmap_seq_list;
1769 again:
1770         if (list_empty(list)) {
1771                 /*
1772                  * No free zone: if this is for reclaim, allow using the
1773                  * reserved sequential zones.
1774                  */
1775                 if (!(flags & DMZ_ALLOC_RECLAIM) ||
1776                     list_empty(&zmd->reserved_seq_zones_list))
1777                         return NULL;
1778
1779                 zone = list_first_entry(&zmd->reserved_seq_zones_list,
1780                                         struct dm_zone, link);
1781                 list_del_init(&zone->link);
1782                 atomic_dec(&zmd->nr_reserved_seq_zones);
1783                 return zone;
1784         }
1785
1786         zone = list_first_entry(list, struct dm_zone, link);
1787         list_del_init(&zone->link);
1788
1789         if (dmz_is_rnd(zone))
1790                 atomic_dec(&zmd->unmap_nr_rnd);
1791         else
1792                 atomic_dec(&zmd->unmap_nr_seq);
1793
1794         if (dmz_is_offline(zone)) {
1795                 dmz_dev_warn(zmd->dev, "Zone %u is offline", dmz_id(zmd, zone));
1796                 zone = NULL;
1797                 goto again;
1798         }
1799
1800         return zone;
1801 }
1802
1803 /*
1804  * Free a zone.
1805  * This must be called with the mapping lock held.
1806  */
1807 void dmz_free_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
1808 {
1809         /* If this is a sequential zone, reset it */
1810         if (dmz_is_seq(zone))
1811                 dmz_reset_zone(zmd, zone);
1812
1813         /* Return the zone to its type unmap list */
1814         if (dmz_is_rnd(zone)) {
1815                 list_add_tail(&zone->link, &zmd->unmap_rnd_list);
1816                 atomic_inc(&zmd->unmap_nr_rnd);
1817         } else if (atomic_read(&zmd->nr_reserved_seq_zones) <
1818                    zmd->nr_reserved_seq) {
1819                 list_add_tail(&zone->link, &zmd->reserved_seq_zones_list);
1820                 atomic_inc(&zmd->nr_reserved_seq_zones);
1821         } else {
1822                 list_add_tail(&zone->link, &zmd->unmap_seq_list);
1823                 atomic_inc(&zmd->unmap_nr_seq);
1824         }
1825
1826         wake_up_all(&zmd->free_wq);
1827 }
1828
1829 /*
1830  * Map a chunk to a zone.
1831  * This must be called with the mapping lock held.
1832  */
1833 void dmz_map_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *dzone,
1834                   unsigned int chunk)
1835 {
1836         /* Set the chunk mapping */
1837         dmz_set_chunk_mapping(zmd, chunk, dmz_id(zmd, dzone),
1838                               DMZ_MAP_UNMAPPED);
1839         dzone->chunk = chunk;
1840         if (dmz_is_rnd(dzone))
1841                 list_add_tail(&dzone->link, &zmd->map_rnd_list);
1842         else
1843                 list_add_tail(&dzone->link, &zmd->map_seq_list);
1844 }
1845
1846 /*
1847  * Unmap a zone.
1848  * This must be called with the mapping lock held.
1849  */
1850 void dmz_unmap_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
1851 {
1852         unsigned int chunk = zone->chunk;
1853         unsigned int dzone_id;
1854
1855         if (chunk == DMZ_MAP_UNMAPPED) {
1856                 /* Already unmapped */
1857                 return;
1858         }
1859
1860         if (test_and_clear_bit(DMZ_BUF, &zone->flags)) {
1861                 /*
1862                  * Unmapping the chunk buffer zone: clear only
1863                  * the chunk buffer mapping
1864                  */
1865                 dzone_id = dmz_id(zmd, zone->bzone);
1866                 zone->bzone->bzone = NULL;
1867                 zone->bzone = NULL;
1868
1869         } else {
1870                 /*
1871                  * Unmapping the chunk data zone: the zone must
1872                  * not be buffered.
1873                  */
1874                 if (WARN_ON(zone->bzone)) {
1875                         zone->bzone->bzone = NULL;
1876                         zone->bzone = NULL;
1877                 }
1878                 dzone_id = DMZ_MAP_UNMAPPED;
1879         }
1880
1881         dmz_set_chunk_mapping(zmd, chunk, dzone_id, DMZ_MAP_UNMAPPED);
1882
1883         zone->chunk = DMZ_MAP_UNMAPPED;
1884         list_del_init(&zone->link);
1885 }
1886
1887 /*
1888  * Set @nr_bits bits in @bitmap starting from @bit.
1889  * Return the number of bits changed from 0 to 1.
1890  */
1891 static unsigned int dmz_set_bits(unsigned long *bitmap,
1892                                  unsigned int bit, unsigned int nr_bits)
1893 {
1894         unsigned long *addr;
1895         unsigned int end = bit + nr_bits;
1896         unsigned int n = 0;
1897
1898         while (bit < end) {
1899                 if (((bit & (BITS_PER_LONG - 1)) == 0) &&
1900                     ((end - bit) >= BITS_PER_LONG)) {
1901                         /* Try to set the whole word at once */
1902                         addr = bitmap + BIT_WORD(bit);
1903                         if (*addr == 0) {
1904                                 *addr = ULONG_MAX;
1905                                 n += BITS_PER_LONG;
1906                                 bit += BITS_PER_LONG;
1907                                 continue;
1908                         }
1909                 }
1910
1911                 if (!test_and_set_bit(bit, bitmap))
1912                         n++;
1913                 bit++;
1914         }
1915
1916         return n;
1917 }
1918
1919 /*
1920  * Get the bitmap block storing the bit for chunk_block in zone.
1921  */
1922 static struct dmz_mblock *dmz_get_bitmap(struct dmz_metadata *zmd,
1923                                          struct dm_zone *zone,
1924                                          sector_t chunk_block)
1925 {
1926         sector_t bitmap_block = 1 + zmd->nr_map_blocks +
1927                 (sector_t)(dmz_id(zmd, zone) * zmd->zone_nr_bitmap_blocks) +
1928                 (chunk_block >> DMZ_BLOCK_SHIFT_BITS);
1929
1930         return dmz_get_mblock(zmd, bitmap_block);
1931 }
1932
1933 /*
1934  * Copy the valid blocks bitmap of from_zone to the bitmap of to_zone.
1935  */
1936 int dmz_copy_valid_blocks(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *from_zone,
1937                           struct dm_zone *to_zone)
1938 {
1939         struct dmz_mblock *from_mblk, *to_mblk;
1940         sector_t chunk_block = 0;
1941
1942         /* Get the zones bitmap blocks */
1943         while (chunk_block < zmd->dev->zone_nr_blocks) {
1944                 from_mblk = dmz_get_bitmap(zmd, from_zone, chunk_block);
1945                 if (IS_ERR(from_mblk))
1946                         return PTR_ERR(from_mblk);
1947                 to_mblk = dmz_get_bitmap(zmd, to_zone, chunk_block);
1948                 if (IS_ERR(to_mblk)) {
1949                         dmz_release_mblock(zmd, from_mblk);
1950                         return PTR_ERR(to_mblk);
1951                 }
1952
1953                 memcpy(to_mblk->data, from_mblk->data, DMZ_BLOCK_SIZE);
1954                 dmz_dirty_mblock(zmd, to_mblk);
1955
1956                 dmz_release_mblock(zmd, to_mblk);
1957                 dmz_release_mblock(zmd, from_mblk);
1958
1959                 chunk_block += DMZ_BLOCK_SIZE_BITS;
1960         }
1961
1962         to_zone->weight = from_zone->weight;
1963
1964         return 0;
1965 }
1966
1967 /*
1968  * Merge the valid blocks bitmap of from_zone into the bitmap of to_zone,
1969  * starting from chunk_block.
1970  */
1971 int dmz_merge_valid_blocks(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *from_zone,
1972                            struct dm_zone *to_zone, sector_t chunk_block)
1973 {
1974         unsigned int nr_blocks;
1975         int ret;
1976
1977         /* Get the zones bitmap blocks */
1978         while (chunk_block < zmd->dev->zone_nr_blocks) {
1979                 /* Get a valid region from the source zone */
1980                 ret = dmz_first_valid_block(zmd, from_zone, &chunk_block);
1981                 if (ret <= 0)
1982                         return ret;
1983
1984                 nr_blocks = ret;
1985                 ret = dmz_validate_blocks(zmd, to_zone, chunk_block, nr_blocks);
1986                 if (ret)
1987                         return ret;
1988
1989                 chunk_block += nr_blocks;
1990         }
1991
1992         return 0;
1993 }
1994
1995 /*
1996  * Validate all the blocks in the range [block..block+nr_blocks-1].
1997  */
1998 int dmz_validate_blocks(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
1999                         sector_t chunk_block, unsigned int nr_blocks)
2000 {
2001         unsigned int count, bit, nr_bits;
2002         unsigned int zone_nr_blocks = zmd->dev->zone_nr_blocks;
2003         struct dmz_mblock *mblk;
2004         unsigned int n = 0;
2005
2006         dmz_dev_debug(zmd->dev, "=> VALIDATE zone %u, block %llu, %u blocks",
2007                       dmz_id(zmd, zone), (unsigned long long)chunk_block,
2008                       nr_blocks);
2009
2010         WARN_ON(chunk_block + nr_blocks > zone_nr_blocks);
2011
2012         while (nr_blocks) {
2013                 /* Get bitmap block */
2014                 mblk = dmz_get_bitmap(zmd, zone, chunk_block);
2015                 if (IS_ERR(mblk))
2016                         return PTR_ERR(mblk);
2017
2018                 /* Set bits */
2019                 bit = chunk_block & DMZ_BLOCK_MASK_BITS;
2020                 nr_bits = min(nr_blocks, DMZ_BLOCK_SIZE_BITS - bit);
2021
2022                 count = dmz_set_bits((unsigned long *)mblk->data, bit, nr_bits);
2023                 if (count) {
2024                         dmz_dirty_mblock(zmd, mblk);
2025                         n += count;
2026                 }
2027                 dmz_release_mblock(zmd, mblk);
2028
2029                 nr_blocks -= nr_bits;
2030                 chunk_block += nr_bits;
2031         }
2032
2033         if (likely(zone->weight + n <= zone_nr_blocks))
2034                 zone->weight += n;
2035         else {
2036                 dmz_dev_warn(zmd->dev, "Zone %u: weight %u should be <= %u",
2037                              dmz_id(zmd, zone), zone->weight,
2038                              zone_nr_blocks - n);
2039                 zone->weight = zone_nr_blocks;
2040         }
2041
2042         return 0;
2043 }
2044
2045 /*
2046  * Clear nr_bits bits in bitmap starting from bit.
2047  * Return the number of bits cleared.
2048  */
2049 static int dmz_clear_bits(unsigned long *bitmap, int bit, int nr_bits)
2050 {
2051         unsigned long *addr;
2052         int end = bit + nr_bits;
2053         int n = 0;
2054
2055         while (bit < end) {
2056                 if (((bit & (BITS_PER_LONG - 1)) == 0) &&
2057                     ((end - bit) >= BITS_PER_LONG)) {
2058                         /* Try to clear whole word at once */
2059                         addr = bitmap + BIT_WORD(bit);
2060                         if (*addr == ULONG_MAX) {
2061                                 *addr = 0;
2062                                 n += BITS_PER_LONG;
2063                                 bit += BITS_PER_LONG;
2064                                 continue;
2065                         }
2066                 }
2067
2068                 if (test_and_clear_bit(bit, bitmap))
2069                         n++;
2070                 bit++;
2071         }
2072
2073         return n;
2074 }
2075
2076 /*
2077  * Invalidate all the blocks in the range [block..block+nr_blocks-1].
2078  */
2079 int dmz_invalidate_blocks(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
2080                           sector_t chunk_block, unsigned int nr_blocks)
2081 {
2082         unsigned int count, bit, nr_bits;
2083         struct dmz_mblock *mblk;
2084         unsigned int n = 0;
2085
2086         dmz_dev_debug(zmd->dev, "=> INVALIDATE zone %u, block %llu, %u blocks",
2087                       dmz_id(zmd, zone), (u64)chunk_block, nr_blocks);
2088
2089         WARN_ON(chunk_block + nr_blocks > zmd->dev->zone_nr_blocks);
2090
2091         while (nr_blocks) {
2092                 /* Get bitmap block */
2093                 mblk = dmz_get_bitmap(zmd, zone, chunk_block);
2094                 if (IS_ERR(mblk))
2095                         return PTR_ERR(mblk);
2096
2097                 /* Clear bits */
2098                 bit = chunk_block & DMZ_BLOCK_MASK_BITS;
2099                 nr_bits = min(nr_blocks, DMZ_BLOCK_SIZE_BITS - bit);
2100
2101                 count = dmz_clear_bits((unsigned long *)mblk->data,
2102                                        bit, nr_bits);
2103                 if (count) {
2104                         dmz_dirty_mblock(zmd, mblk);
2105                         n += count;
2106                 }
2107                 dmz_release_mblock(zmd, mblk);
2108
2109                 nr_blocks -= nr_bits;
2110                 chunk_block += nr_bits;
2111         }
2112
2113         if (zone->weight >= n)
2114                 zone->weight -= n;
2115         else {
2116                 dmz_dev_warn(zmd->dev, "Zone %u: weight %u should be >= %u",
2117                              dmz_id(zmd, zone), zone->weight, n);
2118                 zone->weight = 0;
2119         }
2120
2121         return 0;
2122 }
2123
2124 /*
2125  * Get a block bit value.
2126  */
2127 static int dmz_test_block(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
2128                           sector_t chunk_block)
2129 {
2130         struct dmz_mblock *mblk;
2131         int ret;
2132
2133         WARN_ON(chunk_block >= zmd->dev->zone_nr_blocks);
2134
2135         /* Get bitmap block */
2136         mblk = dmz_get_bitmap(zmd, zone, chunk_block);
2137         if (IS_ERR(mblk))
2138                 return PTR_ERR(mblk);
2139
2140         /* Get offset */
2141         ret = test_bit(chunk_block & DMZ_BLOCK_MASK_BITS,
2142                        (unsigned long *) mblk->data) != 0;
2143
2144         dmz_release_mblock(zmd, mblk);
2145
2146         return ret;
2147 }
2148
2149 /*
2150  * Return the number of blocks from chunk_block to the first block with a bit
2151  * value specified by set. Search at most nr_blocks blocks from chunk_block.
2152  */
2153 static int dmz_to_next_set_block(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
2154                                  sector_t chunk_block, unsigned int nr_blocks,
2155                                  int set)
2156 {
2157         struct dmz_mblock *mblk;
2158         unsigned int bit, set_bit, nr_bits;
2159         unsigned long *bitmap;
2160         int n = 0;
2161
2162         WARN_ON(chunk_block + nr_blocks > zmd->dev->zone_nr_blocks);
2163
2164         while (nr_blocks) {
2165                 /* Get bitmap block */
2166                 mblk = dmz_get_bitmap(zmd, zone, chunk_block);
2167                 if (IS_ERR(mblk))
2168                         return PTR_ERR(mblk);
2169
2170                 /* Get offset */
2171                 bitmap = (unsigned long *) mblk->data;
2172                 bit = chunk_block & DMZ_BLOCK_MASK_BITS;
2173                 nr_bits = min(nr_blocks, DMZ_BLOCK_SIZE_BITS - bit);
2174                 if (set)
2175                         set_bit = find_next_bit(bitmap, DMZ_BLOCK_SIZE_BITS, bit);
2176                 else
2177                         set_bit = find_next_zero_bit(bitmap, DMZ_BLOCK_SIZE_BITS, bit);
2178                 dmz_release_mblock(zmd, mblk);
2179
2180                 n += set_bit - bit;
2181                 if (set_bit < DMZ_BLOCK_SIZE_BITS)
2182                         break;
2183
2184                 nr_blocks -= nr_bits;
2185                 chunk_block += nr_bits;
2186         }
2187
2188         return n;
2189 }
2190
2191 /*
2192  * Test if chunk_block is valid. If it is, the number of consecutive
2193  * valid blocks from chunk_block will be returned.
2194  */
2195 int dmz_block_valid(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
2196                     sector_t chunk_block)
2197 {
2198         int valid;
2199
2200         valid = dmz_test_block(zmd, zone, chunk_block);
2201         if (valid <= 0)
2202                 return valid;
2203
2204         /* The block is valid: get the number of valid blocks from block */
2205         return dmz_to_next_set_block(zmd, zone, chunk_block,
2206                                      zmd->dev->zone_nr_blocks - chunk_block, 0);
2207 }
2208
2209 /*
2210  * Find the first valid block from @chunk_block in @zone.
2211  * If such a block is found, its number is returned using
2212  * @chunk_block and the total number of valid blocks from @chunk_block
2213  * is returned.
2214  */
2215 int dmz_first_valid_block(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
2216                           sector_t *chunk_block)
2217 {
2218         sector_t start_block = *chunk_block;
2219         int ret;
2220
2221         ret = dmz_to_next_set_block(zmd, zone, start_block,
2222                                     zmd->dev->zone_nr_blocks - start_block, 1);
2223         if (ret < 0)
2224                 return ret;
2225
2226         start_block += ret;
2227         *chunk_block = start_block;
2228
2229         return dmz_to_next_set_block(zmd, zone, start_block,
2230                                      zmd->dev->zone_nr_blocks - start_block, 0);
2231 }
2232
2233 /*
2234  * Count the number of bits set starting from bit up to bit + nr_bits - 1.
2235  */
2236 static int dmz_count_bits(void *bitmap, int bit, int nr_bits)
2237 {
2238         unsigned long *addr;
2239         int end = bit + nr_bits;
2240         int n = 0;
2241
2242         while (bit < end) {
2243                 if (((bit & (BITS_PER_LONG - 1)) == 0) &&
2244                     ((end - bit) >= BITS_PER_LONG)) {
2245                         addr = (unsigned long *)bitmap + BIT_WORD(bit);
2246                         if (*addr == ULONG_MAX) {
2247                                 n += BITS_PER_LONG;
2248                                 bit += BITS_PER_LONG;
2249                                 continue;
2250                         }
2251                 }
2252
2253                 if (test_bit(bit, bitmap))
2254                         n++;
2255                 bit++;
2256         }
2257
2258         return n;
2259 }
2260
2261 /*
2262  * Get a zone weight.
2263  */
2264 static void dmz_get_zone_weight(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
2265 {
2266         struct dmz_mblock *mblk;
2267         sector_t chunk_block = 0;
2268         unsigned int bit, nr_bits;
2269         unsigned int nr_blocks = zmd->dev->zone_nr_blocks;
2270         void *bitmap;
2271         int n = 0;
2272
2273         while (nr_blocks) {
2274                 /* Get bitmap block */
2275                 mblk = dmz_get_bitmap(zmd, zone, chunk_block);
2276                 if (IS_ERR(mblk)) {
2277                         n = 0;
2278                         break;
2279                 }
2280
2281                 /* Count bits in this block */
2282                 bitmap = mblk->data;
2283                 bit = chunk_block & DMZ_BLOCK_MASK_BITS;
2284                 nr_bits = min(nr_blocks, DMZ_BLOCK_SIZE_BITS - bit);
2285                 n += dmz_count_bits(bitmap, bit, nr_bits);
2286
2287                 dmz_release_mblock(zmd, mblk);
2288
2289                 nr_blocks -= nr_bits;
2290                 chunk_block += nr_bits;
2291         }
2292
2293         zone->weight = n;
2294 }
2295
2296 /*
2297  * Cleanup the zoned metadata resources.
2298  */
2299 static void dmz_cleanup_metadata(struct dmz_metadata *zmd)
2300 {
2301         struct rb_root *root;
2302         struct dmz_mblock *mblk, *next;
2303         int i;
2304
2305         /* Release zone mapping resources */
2306         if (zmd->map_mblk) {
2307                 for (i = 0; i < zmd->nr_map_blocks; i++)
2308                         dmz_release_mblock(zmd, zmd->map_mblk[i]);
2309                 kfree(zmd->map_mblk);
2310                 zmd->map_mblk = NULL;
2311         }
2312
2313         /* Release super blocks */
2314         for (i = 0; i < 2; i++) {
2315                 if (zmd->sb[i].mblk) {
2316                         dmz_free_mblock(zmd, zmd->sb[i].mblk);
2317                         zmd->sb[i].mblk = NULL;
2318                 }
2319         }
2320
2321         /* Free cached blocks */
2322         while (!list_empty(&zmd->mblk_dirty_list)) {
2323                 mblk = list_first_entry(&zmd->mblk_dirty_list,
2324                                         struct dmz_mblock, link);
2325                 dmz_dev_warn(zmd->dev, "mblock %llu still in dirty list (ref %u)",
2326                              (u64)mblk->no, mblk->ref);
2327                 list_del_init(&mblk->link);
2328                 rb_erase(&mblk->node, &zmd->mblk_rbtree);
2329                 dmz_free_mblock(zmd, mblk);
2330         }
2331
2332         while (!list_empty(&zmd->mblk_lru_list)) {
2333                 mblk = list_first_entry(&zmd->mblk_lru_list,
2334                                         struct dmz_mblock, link);
2335                 list_del_init(&mblk->link);
2336                 rb_erase(&mblk->node, &zmd->mblk_rbtree);
2337                 dmz_free_mblock(zmd, mblk);
2338         }
2339
2340         /* Sanity checks: the mblock rbtree should now be empty */
2341         root = &zmd->mblk_rbtree;
2342         rbtree_postorder_for_each_entry_safe(mblk, next, root, node) {
2343                 dmz_dev_warn(zmd->dev, "mblock %llu ref %u still in rbtree",
2344                              (u64)mblk->no, mblk->ref);
2345                 mblk->ref = 0;
2346                 dmz_free_mblock(zmd, mblk);
2347         }
2348
2349         /* Free the zone descriptors */
2350         dmz_drop_zones(zmd);
2351
2352         mutex_destroy(&zmd->mblk_flush_lock);
2353         mutex_destroy(&zmd->map_lock);
2354 }
2355
2356 /*
2357  * Initialize the zoned metadata.
2358  */
2359 int dmz_ctr_metadata(struct dmz_dev *dev, struct dmz_metadata **metadata)
2360 {
2361         struct dmz_metadata *zmd;
2362         unsigned int i, zid;
2363         struct dm_zone *zone;
2364         int ret;
2365
2366         zmd = kzalloc(sizeof(struct dmz_metadata), GFP_KERNEL);
2367         if (!zmd)
2368                 return -ENOMEM;
2369
2370         zmd->dev = dev;
2371         zmd->mblk_rbtree = RB_ROOT;
2372         init_rwsem(&zmd->mblk_sem);
2373         mutex_init(&zmd->mblk_flush_lock);
2374         spin_lock_init(&zmd->mblk_lock);
2375         INIT_LIST_HEAD(&zmd->mblk_lru_list);
2376         INIT_LIST_HEAD(&zmd->mblk_dirty_list);
2377
2378         mutex_init(&zmd->map_lock);
2379         atomic_set(&zmd->unmap_nr_rnd, 0);
2380         INIT_LIST_HEAD(&zmd->unmap_rnd_list);
2381         INIT_LIST_HEAD(&zmd->map_rnd_list);
2382
2383         atomic_set(&zmd->unmap_nr_seq, 0);
2384         INIT_LIST_HEAD(&zmd->unmap_seq_list);
2385         INIT_LIST_HEAD(&zmd->map_seq_list);
2386
2387         atomic_set(&zmd->nr_reserved_seq_zones, 0);
2388         INIT_LIST_HEAD(&zmd->reserved_seq_zones_list);
2389
2390         init_waitqueue_head(&zmd->free_wq);
2391
2392         /* Initialize zone descriptors */
2393         ret = dmz_init_zones(zmd);
2394         if (ret)
2395                 goto err;
2396
2397         /* Get super block */
2398         ret = dmz_load_sb(zmd);
2399         if (ret)
2400                 goto err;
2401
2402         /* Set metadata zones starting from sb_zone */
2403         zid = dmz_id(zmd, zmd->sb_zone);
2404         for (i = 0; i < zmd->nr_meta_zones << 1; i++) {
2405                 zone = dmz_get(zmd, zid + i);
2406                 if (!dmz_is_rnd(zone))
2407                         goto err;
2408                 set_bit(DMZ_META, &zone->flags);
2409         }
2410
2411         /* Load mapping table */
2412         ret = dmz_load_mapping(zmd);
2413         if (ret)
2414                 goto err;
2415
2416         /*
2417          * Cache size boundaries: allow at least 2 super blocks, the chunk map
2418          * blocks and enough blocks to be able to cache the bitmap blocks of
2419          * up to 16 zones when idle (min_nr_mblks). Otherwise, if busy, allow
2420          * the cache to add 512 more metadata blocks.
2421          */
2422         zmd->min_nr_mblks = 2 + zmd->nr_map_blocks + zmd->zone_nr_bitmap_blocks * 16;
2423         zmd->max_nr_mblks = zmd->min_nr_mblks + 512;
2424         zmd->mblk_shrinker.count_objects = dmz_mblock_shrinker_count;
2425         zmd->mblk_shrinker.scan_objects = dmz_mblock_shrinker_scan;
2426         zmd->mblk_shrinker.seeks = DEFAULT_SEEKS;
2427
2428         /* Metadata cache shrinker */
2429         ret = register_shrinker(&zmd->mblk_shrinker);
2430         if (ret) {
2431                 dmz_dev_err(dev, "Register metadata cache shrinker failed");
2432                 goto err;
2433         }
2434
2435         dmz_dev_info(dev, "Host-%s zoned block device",
2436                      bdev_zoned_model(dev->bdev) == BLK_ZONED_HA ?
2437                      "aware" : "managed");
2438         dmz_dev_info(dev, "  %llu 512-byte logical sectors",
2439                      (u64)dev->capacity);
2440         dmz_dev_info(dev, "  %u zones of %llu 512-byte logical sectors",
2441                      dev->nr_zones, (u64)dev->zone_nr_sectors);
2442         dmz_dev_info(dev, "  %u metadata zones",
2443                      zmd->nr_meta_zones * 2);
2444         dmz_dev_info(dev, "  %u data zones for %u chunks",
2445                      zmd->nr_data_zones, zmd->nr_chunks);
2446         dmz_dev_info(dev, "    %u random zones (%u unmapped)",
2447                      zmd->nr_rnd, atomic_read(&zmd->unmap_nr_rnd));
2448         dmz_dev_info(dev, "    %u sequential zones (%u unmapped)",
2449                      zmd->nr_seq, atomic_read(&zmd->unmap_nr_seq));
2450         dmz_dev_info(dev, "  %u reserved sequential data zones",
2451                      zmd->nr_reserved_seq);
2452
2453         dmz_dev_debug(dev, "Format:");
2454         dmz_dev_debug(dev, "%u metadata blocks per set (%u max cache)",
2455                       zmd->nr_meta_blocks, zmd->max_nr_mblks);
2456         dmz_dev_debug(dev, "  %u data zone mapping blocks",
2457                       zmd->nr_map_blocks);
2458         dmz_dev_debug(dev, "  %u bitmap blocks",
2459                       zmd->nr_bitmap_blocks);
2460
2461         *metadata = zmd;
2462
2463         return 0;
2464 err:
2465         dmz_cleanup_metadata(zmd);
2466         kfree(zmd);
2467         *metadata = NULL;
2468
2469         return ret;
2470 }
2471
2472 /*
2473  * Cleanup the zoned metadata resources.
2474  */
2475 void dmz_dtr_metadata(struct dmz_metadata *zmd)
2476 {
2477         unregister_shrinker(&zmd->mblk_shrinker);
2478         dmz_cleanup_metadata(zmd);
2479         kfree(zmd);
2480 }
2481
2482 /*
2483  * Check zone information on resume.
2484  */
2485 int dmz_resume_metadata(struct dmz_metadata *zmd)
2486 {
2487         struct dmz_dev *dev = zmd->dev;
2488         struct dm_zone *zone;
2489         sector_t wp_block;
2490         unsigned int i;
2491         int ret;
2492
2493         /* Check zones */
2494         for (i = 0; i < dev->nr_zones; i++) {
2495                 zone = dmz_get(zmd, i);
2496                 if (!zone) {
2497                         dmz_dev_err(dev, "Unable to get zone %u", i);
2498                         return -EIO;
2499                 }
2500
2501                 wp_block = zone->wp_block;
2502
2503                 ret = dmz_update_zone(zmd, zone);
2504                 if (ret) {
2505                         dmz_dev_err(dev, "Broken zone %u", i);
2506                         return ret;
2507                 }
2508
2509                 if (dmz_is_offline(zone)) {
2510                         dmz_dev_warn(dev, "Zone %u is offline", i);
2511                         continue;
2512                 }
2513
2514                 /* Check write pointer */
2515                 if (!dmz_is_seq(zone))
2516                         zone->wp_block = 0;
2517                 else if (zone->wp_block != wp_block) {
2518                         dmz_dev_err(dev, "Zone %u: Invalid wp (%llu / %llu)",
2519                                     i, (u64)zone->wp_block, (u64)wp_block);
2520                         zone->wp_block = wp_block;
2521                         dmz_invalidate_blocks(zmd, zone, zone->wp_block,
2522                                               dev->zone_nr_blocks - zone->wp_block);
2523                 }
2524         }
2525
2526         return 0;
2527 }