drivers/md/dm-zoned-reclaim.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
  12 #define DM_MSG_PREFIX           "zoned reclaim"
  13
  14 struct dmz_reclaim {
  15         struct dmz_metadata     *metadata;
  16         struct dmz_dev          *dev;
  17
  18         struct delayed_work     work;
  19         struct workqueue_struct *wq;
  20
  21         struct dm_kcopyd_client *kc;
  22         struct dm_kcopyd_throttle kc_throttle;
  23         int                     kc_err;
  24
  25         unsigned long           flags;
  26
  27         /* Last target access time */
  28         unsigned long           atime;
  29 };
  30
  31 /*
  32  * Reclaim state flags.
  33  */
  34 enum {
  35         DMZ_RECLAIM_KCOPY,
  36 };
  37
  38 /*
  39  * Number of seconds of target BIO inactivity to consider the target idle.
  40  */
  41 #define DMZ_IDLE_PERIOD                 (10UL * HZ)
  42
  43 /*
  44  * Percentage of unmapped (free) random zones below which reclaim starts
  45  * even if the target is busy.
  46  */
  47 #define DMZ_RECLAIM_LOW_UNMAP_RND       30
  48
  49 /*
  50  * Percentage of unmapped (free) random zones above which reclaim will
  51  * stop if the target is busy.
  52  */
  53 #define DMZ_RECLAIM_HIGH_UNMAP_RND      50
  54
  55 /*
  56  * Align a sequential zone write pointer to chunk_block.
  57  */
  58 static int dmz_reclaim_align_wp(struct dmz_reclaim *zrc, struct dm_zone *zone,
  59                                 sector_t block)
  60 {
  61         struct dmz_metadata *zmd = zrc->metadata;
  62         sector_t wp_block = zone->wp_block;
  63         unsigned int nr_blocks;
  64         int ret;
  65
  66         if (wp_block == block)
  67                 return 0;
  68
  69         if (wp_block > block)
  70                 return -EIO;
  71
  72         /*
  73          * Zeroout the space between the write
  74          * pointer and the requested position.
  75          */
  76         nr_blocks = block - wp_block;
  77         ret = blkdev_issue_zeroout(zrc->dev->bdev,
  78                                    dmz_start_sect(zmd, zone) + dmz_blk2sect(wp_block),
  79                                    dmz_blk2sect(nr_blocks), GFP_NOIO, 0);
  80         if (ret) {
  81                 dmz_dev_err(zrc->dev,
  82                             "Align zone %u wp %llu to %llu (wp+%u) blocks failed %d",
  83                             zone->id, (unsigned long long)wp_block,
  84                             (unsigned long long)block, nr_blocks, ret);
  85                 dmz_check_bdev(zrc->dev);
  86                 return ret;
  87         }
  88
  89         zone->wp_block = block;
  90
  91         return 0;
  92 }
  93
  94 /*
  95  * dm_kcopyd_copy end notification.
  96  */
  97 static void dmz_reclaim_kcopy_end(int read_err, unsigned long write_err,
  98                                   void *context)
  99 {
 100         struct dmz_reclaim *zrc = context;
 101
 102         if (read_err || write_err)
 103                 zrc->kc_err = -EIO;
 104         else
 105                 zrc->kc_err = 0;
 106
 107         clear_bit_unlock(DMZ_RECLAIM_KCOPY, &zrc->flags);
 108         smp_mb__after_atomic();
 109         wake_up_bit(&zrc->flags, DMZ_RECLAIM_KCOPY);
 110 }
 111
 112 /*
 113  * Copy valid blocks of src_zone into dst_zone.
 114  */
 115 static int dmz_reclaim_copy(struct dmz_reclaim *zrc,
 116                             struct dm_zone *src_zone, struct dm_zone *dst_zone)
 117 {
 118         struct dmz_metadata *zmd = zrc->metadata;
 119         struct dmz_dev *dev = zrc->dev;
 120         struct dm_io_region src, dst;
 121         sector_t block = 0, end_block;
 122         sector_t nr_blocks;
 123         sector_t src_zone_block;
 124         sector_t dst_zone_block;
 125         unsigned long flags = 0;
 126         int ret;
 127
 128         if (dmz_is_seq(src_zone))
 129                 end_block = src_zone->wp_block;
 130         else
 131                 end_block = dmz_zone_nr_blocks(zmd);
 132         src_zone_block = dmz_start_block(zmd, src_zone);
 133         dst_zone_block = dmz_start_block(zmd, dst_zone);
 134
 135         if (dmz_is_seq(dst_zone))
 136                 set_bit(DM_KCOPYD_WRITE_SEQ, &flags);
 137
 138         while (block < end_block) {
 139                 if (dev->flags & DMZ_BDEV_DYING)
 140                         return -EIO;
 141
 142                 /* Get a valid region from the source zone */
 143                 ret = dmz_first_valid_block(zmd, src_zone, &block);
 144                 if (ret <= 0)
 145                         return ret;
 146                 nr_blocks = ret;
 147
 148                 /*
 149                  * If we are writing in a sequential zone, we must make sure
 150                  * that writes are sequential. So Zeroout any eventual hole
 151                  * between writes.
 152                  */
 153                 if (dmz_is_seq(dst_zone)) {
 154                         ret = dmz_reclaim_align_wp(zrc, dst_zone, block);
 155                         if (ret)
 156                                 return ret;
 157                 }
 158
 159                 src.bdev = dev->bdev;
 160                 src.sector = dmz_blk2sect(src_zone_block + block);
 161                 src.count = dmz_blk2sect(nr_blocks);
 162
 163                 dst.bdev = dev->bdev;
 164                 dst.sector = dmz_blk2sect(dst_zone_block + block);
 165                 dst.count = src.count;
 166
 167                 /* Copy the valid region */
 168                 set_bit(DMZ_RECLAIM_KCOPY, &zrc->flags);
 169                 dm_kcopyd_copy(zrc->kc, &src, 1, &dst, flags,
 170                                dmz_reclaim_kcopy_end, zrc);
 171
 172                 /* Wait for copy to complete */
 173                 wait_on_bit_io(&zrc->flags, DMZ_RECLAIM_KCOPY,
 174                                TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 175                 if (zrc->kc_err)
 176                         return zrc->kc_err;
 177
 178                 block += nr_blocks;
 179                 if (dmz_is_seq(dst_zone))
 180                         dst_zone->wp_block = block;
 181         }
 182
 183         return 0;
 184 }
 185
 186 /*
 187  * Move valid blocks of dzone buffer zone into dzone (after its write pointer)
 188  * and free the buffer zone.
 189  */
 190 static int dmz_reclaim_buf(struct dmz_reclaim *zrc, struct dm_zone *dzone)
 191 {
 192         struct dm_zone *bzone = dzone->bzone;
 193         sector_t chunk_block = dzone->wp_block;
 194         struct dmz_metadata *zmd = zrc->metadata;
 195         int ret;
 196
 197         dmz_dev_debug(zrc->dev,
 198                       "Chunk %u, move buf zone %u (weight %u) to data zone %u (weight %u)",
 199                       dzone->chunk, bzone->id, dmz_weight(bzone),
 200                       dzone->id, dmz_weight(dzone));
 201
 202         /* Flush data zone into the buffer zone */
 203         ret = dmz_reclaim_copy(zrc, bzone, dzone);
 204         if (ret < 0)
 205                 return ret;
 206
 207         dmz_lock_flush(zmd);
 208
 209         /* Validate copied blocks */
 210         ret = dmz_merge_valid_blocks(zmd, bzone, dzone, chunk_block);
 211         if (ret == 0) {
 212                 /* Free the buffer zone */
 213                 dmz_invalidate_blocks(zmd, bzone, 0, dmz_zone_nr_blocks(zmd));
 214                 dmz_lock_map(zmd);
 215                 dmz_unmap_zone(zmd, bzone);
 216                 dmz_unlock_zone_reclaim(dzone);
 217                 dmz_free_zone(zmd, bzone);
 218                 dmz_unlock_map(zmd);
 219         }
 220
 221         dmz_unlock_flush(zmd);
 222
 223         return ret;
 224 }
 225
 226 /*
 227  * Merge valid blocks of dzone into its buffer zone and free dzone.
 228  */
 229 static int dmz_reclaim_seq_data(struct dmz_reclaim *zrc, struct dm_zone *dzone)
 230 {
 231         unsigned int chunk = dzone->chunk;
 232         struct dm_zone *bzone = dzone->bzone;
 233         struct dmz_metadata *zmd = zrc->metadata;
 234         int ret = 0;
 235
 236         dmz_dev_debug(zrc->dev,
 237                       "Chunk %u, move data zone %u (weight %u) to buf zone %u (weight %u)",
 238                       chunk, dzone->id, dmz_weight(dzone),
 239                       bzone->id, dmz_weight(bzone));
 240
 241         /* Flush data zone into the buffer zone */
 242         ret = dmz_reclaim_copy(zrc, dzone, bzone);
 243         if (ret < 0)
 244                 return ret;
 245
 246         dmz_lock_flush(zmd);
 247
 248         /* Validate copied blocks */
 249         ret = dmz_merge_valid_blocks(zmd, dzone, bzone, 0);
 250         if (ret == 0) {
 251                 /*
 252                  * Free the data zone and remap the chunk to
 253                  * the buffer zone.
 254                  */
 255                 dmz_invalidate_blocks(zmd, dzone, 0, dmz_zone_nr_blocks(zmd));
 256                 dmz_lock_map(zmd);
 257                 dmz_unmap_zone(zmd, bzone);
 258                 dmz_unmap_zone(zmd, dzone);
 259                 dmz_unlock_zone_reclaim(dzone);
 260                 dmz_free_zone(zmd, dzone);
 261                 dmz_map_zone(zmd, bzone, chunk);
 262                 dmz_unlock_map(zmd);
 263         }
 264
 265         dmz_unlock_flush(zmd);
 266
 267         return ret;
 268 }
 269
 270 /*
 271  * Move valid blocks of the random data zone dzone into a free sequential zone.
 272  * Once blocks are moved, remap the zone chunk to the sequential zone.
 273  */
 274 static int dmz_reclaim_rnd_data(struct dmz_reclaim *zrc, struct dm_zone *dzone)
 275 {
 276         unsigned int chunk = dzone->chunk;
 277         struct dm_zone *szone = NULL;
 278         struct dmz_metadata *zmd = zrc->metadata;
 279         int ret;
 280
 281         /* Get a free sequential zone */
 282         dmz_lock_map(zmd);
 283         szone = dmz_alloc_zone(zmd, DMZ_ALLOC_RECLAIM);
 284         dmz_unlock_map(zmd);
 285         if (!szone)
 286                 return -ENOSPC;
 287
 288         dmz_dev_debug(zrc->dev,
 289                       "Chunk %u, move rnd zone %u (weight %u) to seq zone %u",
 290                       chunk, dzone->id, dmz_weight(dzone), szone->id);
 291
 292         /* Flush the random data zone into the sequential zone */
 293         ret = dmz_reclaim_copy(zrc, dzone, szone);
 294
 295         dmz_lock_flush(zmd);
 296
 297         if (ret == 0) {
 298                 /* Validate copied blocks */
 299                 ret = dmz_copy_valid_blocks(zmd, dzone, szone);
 300         }
 301         if (ret) {
 302                 /* Free the sequential zone */
 303                 dmz_lock_map(zmd);
 304                 dmz_free_zone(zmd, szone);
 305                 dmz_unlock_map(zmd);
 306         } else {
 307                 /* Free the data zone and remap the chunk */
 308                 dmz_invalidate_blocks(zmd, dzone, 0, dmz_zone_nr_blocks(zmd));
 309                 dmz_lock_map(zmd);
 310                 dmz_unmap_zone(zmd, dzone);
 311                 dmz_unlock_zone_reclaim(dzone);
 312                 dmz_free_zone(zmd, dzone);
 313                 dmz_map_zone(zmd, szone, chunk);
 314                 dmz_unlock_map(zmd);
 315         }
 316
 317         dmz_unlock_flush(zmd);
 318
 319         return ret;
 320 }
 321
 322 /*
 323  * Reclaim an empty zone.
 324  */
 325 static void dmz_reclaim_empty(struct dmz_reclaim *zrc, struct dm_zone *dzone)
 326 {
 327         struct dmz_metadata *zmd = zrc->metadata;
 328
 329         dmz_lock_flush(zmd);
 330         dmz_lock_map(zmd);
 331         dmz_unmap_zone(zmd, dzone);
 332         dmz_unlock_zone_reclaim(dzone);
 333         dmz_free_zone(zmd, dzone);
 334         dmz_unlock_map(zmd);
 335         dmz_unlock_flush(zmd);
 336 }
 337
 338 /*
 339  * Find a candidate zone for reclaim and process it.
 340  */
 341 static int dmz_do_reclaim(struct dmz_reclaim *zrc)
 342 {
 343         struct dmz_metadata *zmd = zrc->metadata;
 344         struct dm_zone *dzone;
 345         struct dm_zone *rzone;
 346         unsigned long start;
 347         int ret;
 348
 349         /* Get a data zone */
 350         dzone = dmz_get_zone_for_reclaim(zmd);
 351         if (IS_ERR(dzone))
 352                 return PTR_ERR(dzone);
 353
 354         start = jiffies;
 355
 356         if (dmz_is_rnd(dzone)) {
 357                 if (!dmz_weight(dzone)) {
 358                         /* Empty zone */
 359                         dmz_reclaim_empty(zrc, dzone);
 360                         ret = 0;
 361                 } else {
 362                         /*
 363                          * Reclaim the random data zone by moving its
 364                          * valid data blocks to a free sequential zone.
 365                          */
 366                         ret = dmz_reclaim_rnd_data(zrc, dzone);
 367                 }
 368                 rzone = dzone;
 369
 370         } else {
 371                 struct dm_zone *bzone = dzone->bzone;
 372                 sector_t chunk_block = 0;
 373
 374                 ret = dmz_first_valid_block(zmd, bzone, &chunk_block);
 375                 if (ret < 0)
 376                         goto out;
 377
 378                 if (ret == 0 || chunk_block >= dzone->wp_block) {
 379                         /*
 380                          * The buffer zone is empty or its valid blocks are
 381                          * after the data zone write pointer.
 382                          */
 383                         ret = dmz_reclaim_buf(zrc, dzone);
 384                         rzone = bzone;
 385                 } else {
 386                         /*
 387                          * Reclaim the data zone by merging it into the
 388                          * buffer zone so that the buffer zone itself can
 389                          * be later reclaimed.
 390                          */
 391                         ret = dmz_reclaim_seq_data(zrc, dzone);
 392                         rzone = dzone;
 393                 }
 394         }
 395 out:
 396         if (ret) {
 397                 dmz_unlock_zone_reclaim(dzone);
 398                 return ret;
 399         }
 400
 401         ret = dmz_flush_metadata(zrc->metadata);
 402         if (ret) {
 403                 dmz_dev_debug(zrc->dev,
 404                               "Metadata flush for zone %u failed, err %d\n",
 405                               rzone->id, ret);
 406                 return ret;
 407         }
 408
 409         dmz_dev_debug(zrc->dev, "Reclaimed zone %u in %u ms",
 410                       rzone->id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
 411         return 0;
 412 }
 413
 414 /*
 415  * Test if the target device is idle.
 416  */
 417 static inline int dmz_target_idle(struct dmz_reclaim *zrc)
 418 {
 419         return time_is_before_jiffies(zrc->atime + DMZ_IDLE_PERIOD);
 420 }
 421
 422 /*
 423  * Test if reclaim is necessary.
 424  */
 425 static bool dmz_should_reclaim(struct dmz_reclaim *zrc)
 426 {
 427         struct dmz_metadata *zmd = zrc->metadata;
 428         unsigned int nr_rnd = dmz_nr_rnd_zones(zmd);
 429         unsigned int nr_unmap_rnd = dmz_nr_unmap_rnd_zones(zmd);
 430         unsigned int p_unmap_rnd = nr_unmap_rnd * 100 / nr_rnd;
 431
 432         /* Reclaim when idle */
 433         if (dmz_target_idle(zrc) && nr_unmap_rnd < nr_rnd)
 434                 return true;
 435
 436         /* If there are still plenty of random zones, do not reclaim */
 437         if (p_unmap_rnd >= DMZ_RECLAIM_HIGH_UNMAP_RND)
 438                 return false;
 439
 440         /*
 441          * If the percentage of unmapped random zones is low,
 442          * reclaim even if the target is busy.
 443          */
 444         return p_unmap_rnd <= DMZ_RECLAIM_LOW_UNMAP_RND;
 445 }
 446
 447 /*
 448  * Reclaim work function.
 449  */
 450 static void dmz_reclaim_work(struct work_struct *work)
 451 {
 452         struct dmz_reclaim *zrc = container_of(work, struct dmz_reclaim, work.work);
 453         struct dmz_metadata *zmd = zrc->metadata;
 454         unsigned int nr_rnd, nr_unmap_rnd;
 455         unsigned int p_unmap_rnd;
 456         int ret;
 457
 458         if (dmz_bdev_is_dying(zrc->dev))
 459                 return;
 460
 461         if (!dmz_should_reclaim(zrc)) {
 462                 mod_delayed_work(zrc->wq, &zrc->work, DMZ_IDLE_PERIOD);
 463                 return;
 464         }
 465
 466         /*
 467          * We need to start reclaiming random zones: set up zone copy
 468          * throttling to either go fast if we are very low on random zones
 469          * and slower if there are still some free random zones to avoid
 470          * as much as possible to negatively impact the user workload.
 471          */
 472         nr_rnd = dmz_nr_rnd_zones(zmd);
 473         nr_unmap_rnd = dmz_nr_unmap_rnd_zones(zmd);
 474         p_unmap_rnd = nr_unmap_rnd * 100 / nr_rnd;
 475         if (dmz_target_idle(zrc) || p_unmap_rnd < DMZ_RECLAIM_LOW_UNMAP_RND / 2) {
 476                 /* Idle or very low percentage: go fast */
 477                 zrc->kc_throttle.throttle = 100;
 478         } else {
 479                 /* Busy but we still have some random zone: throttle */
 480                 zrc->kc_throttle.throttle = min(75U, 100U - p_unmap_rnd / 2);
 481         }
 482
 483         dmz_dev_debug(zrc->dev,
 484                       "Reclaim (%u): %s, %u%% free rnd zones (%u/%u)",
 485                       zrc->kc_throttle.throttle,
 486                       (dmz_target_idle(zrc) ? "Idle" : "Busy"),
 487                       p_unmap_rnd, nr_unmap_rnd, nr_rnd);
 488
 489         ret = dmz_do_reclaim(zrc);
 490         if (ret) {
 491                 dmz_dev_debug(zrc->dev, "Reclaim error %d\n", ret);
 492                 if (!dmz_check_bdev(zrc->dev))
 493                         return;
 494         }
 495
 496         dmz_schedule_reclaim(zrc);
 497 }
 498
 499 /*
 500  * Initialize reclaim.
 501  */
 502 int dmz_ctr_reclaim(struct dmz_dev *dev, struct dmz_metadata *zmd,
 503                     struct dmz_reclaim **reclaim)
 504 {
 505         struct dmz_reclaim *zrc;
 506         int ret;
 507
 508         zrc = kzalloc(sizeof(struct dmz_reclaim), GFP_KERNEL);
 509         if (!zrc)
 510                 return -ENOMEM;
 511
 512         zrc->dev = dev;
 513         zrc->metadata = zmd;
 514         zrc->atime = jiffies;
 515
 516         /* Reclaim kcopyd client */
 517         zrc->kc = dm_kcopyd_client_create(&zrc->kc_throttle);
 518         if (IS_ERR(zrc->kc)) {
 519                 ret = PTR_ERR(zrc->kc);
 520                 zrc->kc = NULL;
 521                 goto err;
 522         }
 523
 524         /* Reclaim work */
 525         INIT_DELAYED_WORK(&zrc->work, dmz_reclaim_work);
 526         zrc->wq = alloc_ordered_workqueue("dmz_rwq_%s", WQ_MEM_RECLAIM,
 527                                           dev->name);
 528         if (!zrc->wq) {
 529                 ret = -ENOMEM;
 530                 goto err;
 531         }
 532
 533         *reclaim = zrc;
 534         queue_delayed_work(zrc->wq, &zrc->work, 0);
 535
 536         return 0;
 537 err:
 538         if (zrc->kc)
 539                 dm_kcopyd_client_destroy(zrc->kc);
 540         kfree(zrc);
 541
 542         return ret;
 543 }
 544
 545 /*
 546  * Terminate reclaim.
 547  */
 548 void dmz_dtr_reclaim(struct dmz_reclaim *zrc)
 549 {
 550         cancel_delayed_work_sync(&zrc->work);
 551         destroy_workqueue(zrc->wq);
 552         dm_kcopyd_client_destroy(zrc->kc);
 553         kfree(zrc);
 554 }
 555
 556 /*
 557  * Suspend reclaim.
 558  */
 559 void dmz_suspend_reclaim(struct dmz_reclaim *zrc)
 560 {
 561         cancel_delayed_work_sync(&zrc->work);
 562 }
 563
 564 /*
 565  * Resume reclaim.
 566  */
 567 void dmz_resume_reclaim(struct dmz_reclaim *zrc)
 568 {
 569         queue_delayed_work(zrc->wq, &zrc->work, DMZ_IDLE_PERIOD);
 570 }
 571
 572 /*
 573  * BIO accounting.
 574  */
 575 void dmz_reclaim_bio_acc(struct dmz_reclaim *zrc)
 576 {
 577         zrc->atime = jiffies;
 578 }
 579
 580 /*
 581  * Start reclaim if necessary.
 582  */
 583 void dmz_schedule_reclaim(struct dmz_reclaim *zrc)
 584 {
 585         if (dmz_should_reclaim(zrc))
 586                 mod_delayed_work(zrc->wq, &zrc->work, 0);
 587 }
 588