io_uring: move xattr related opcodes to its own file
[linux-2.6-microblaze.git] / block / blk-zoned.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * Zoned block device handling
4  *
5  * Copyright (c) 2015, Hannes Reinecke
6  * Copyright (c) 2015, SUSE Linux GmbH
7  *
8  * Copyright (c) 2016, Damien Le Moal
9  * Copyright (c) 2016, Western Digital
10  */
11
12 #include <linux/kernel.h>
13 #include <linux/module.h>
14 #include <linux/rbtree.h>
15 #include <linux/blkdev.h>
16 #include <linux/blk-mq.h>
17 #include <linux/mm.h>
18 #include <linux/vmalloc.h>
19 #include <linux/sched/mm.h>
20
21 #include "blk.h"
22
23 #define ZONE_COND_NAME(name) [BLK_ZONE_COND_##name] = #name
24 static const char *const zone_cond_name[] = {
25         ZONE_COND_NAME(NOT_WP),
26         ZONE_COND_NAME(EMPTY),
27         ZONE_COND_NAME(IMP_OPEN),
28         ZONE_COND_NAME(EXP_OPEN),
29         ZONE_COND_NAME(CLOSED),
30         ZONE_COND_NAME(READONLY),
31         ZONE_COND_NAME(FULL),
32         ZONE_COND_NAME(OFFLINE),
33 };
34 #undef ZONE_COND_NAME
35
36 /**
37  * blk_zone_cond_str - Return string XXX in BLK_ZONE_COND_XXX.
38  * @zone_cond: BLK_ZONE_COND_XXX.
39  *
40  * Description: Centralize block layer function to convert BLK_ZONE_COND_XXX
41  * into string format. Useful in the debugging and tracing zone conditions. For
42  * invalid BLK_ZONE_COND_XXX it returns string "UNKNOWN".
43  */
44 const char *blk_zone_cond_str(enum blk_zone_cond zone_cond)
45 {
46         static const char *zone_cond_str = "UNKNOWN";
47
48         if (zone_cond < ARRAY_SIZE(zone_cond_name) && zone_cond_name[zone_cond])
49                 zone_cond_str = zone_cond_name[zone_cond];
50
51         return zone_cond_str;
52 }
53 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_zone_cond_str);
54
55 /*
56  * Return true if a request is a write requests that needs zone write locking.
57  */
58 bool blk_req_needs_zone_write_lock(struct request *rq)
59 {
60         if (!rq->q->seq_zones_wlock)
61                 return false;
62
63         if (blk_rq_is_passthrough(rq))
64                 return false;
65
66         switch (req_op(rq)) {
67         case REQ_OP_WRITE_ZEROES:
68         case REQ_OP_WRITE:
69                 return blk_rq_zone_is_seq(rq);
70         default:
71                 return false;
72         }
73 }
74 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_req_needs_zone_write_lock);
75
76 bool blk_req_zone_write_trylock(struct request *rq)
77 {
78         unsigned int zno = blk_rq_zone_no(rq);
79
80         if (test_and_set_bit(zno, rq->q->seq_zones_wlock))
81                 return false;
82
83         WARN_ON_ONCE(rq->rq_flags & RQF_ZONE_WRITE_LOCKED);
84         rq->rq_flags |= RQF_ZONE_WRITE_LOCKED;
85
86         return true;
87 }
88 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_req_zone_write_trylock);
89
90 void __blk_req_zone_write_lock(struct request *rq)
91 {
92         if (WARN_ON_ONCE(test_and_set_bit(blk_rq_zone_no(rq),
93                                           rq->q->seq_zones_wlock)))
94                 return;
95
96         WARN_ON_ONCE(rq->rq_flags & RQF_ZONE_WRITE_LOCKED);
97         rq->rq_flags |= RQF_ZONE_WRITE_LOCKED;
98 }
99 EXPORT_SYMBOL_GPL(__blk_req_zone_write_lock);
100
101 void __blk_req_zone_write_unlock(struct request *rq)
102 {
103         rq->rq_flags &= ~RQF_ZONE_WRITE_LOCKED;
104         if (rq->q->seq_zones_wlock)
105                 WARN_ON_ONCE(!test_and_clear_bit(blk_rq_zone_no(rq),
106                                                  rq->q->seq_zones_wlock));
107 }
108 EXPORT_SYMBOL_GPL(__blk_req_zone_write_unlock);
109
110 /**
111  * blkdev_nr_zones - Get number of zones
112  * @disk:       Target gendisk
113  *
114  * Return the total number of zones of a zoned block device.  For a block
115  * device without zone capabilities, the number of zones is always 0.
116  */
117 unsigned int blkdev_nr_zones(struct gendisk *disk)
118 {
119         sector_t zone_sectors = blk_queue_zone_sectors(disk->queue);
120
121         if (!blk_queue_is_zoned(disk->queue))
122                 return 0;
123         return (get_capacity(disk) + zone_sectors - 1) >> ilog2(zone_sectors);
124 }
125 EXPORT_SYMBOL_GPL(blkdev_nr_zones);
126
127 /**
128  * blkdev_report_zones - Get zones information
129  * @bdev:       Target block device
130  * @sector:     Sector from which to report zones
131  * @nr_zones:   Maximum number of zones to report
132  * @cb:         Callback function called for each reported zone
133  * @data:       Private data for the callback
134  *
135  * Description:
136  *    Get zone information starting from the zone containing @sector for at most
137  *    @nr_zones, and call @cb for each zone reported by the device.
138  *    To report all zones in a device starting from @sector, the BLK_ALL_ZONES
139  *    constant can be passed to @nr_zones.
140  *    Returns the number of zones reported by the device, or a negative errno
141  *    value in case of failure.
142  *
143  *    Note: The caller must use memalloc_noXX_save/restore() calls to control
144  *    memory allocations done within this function.
145  */
146 int blkdev_report_zones(struct block_device *bdev, sector_t sector,
147                         unsigned int nr_zones, report_zones_cb cb, void *data)
148 {
149         struct gendisk *disk = bdev->bd_disk;
150         sector_t capacity = get_capacity(disk);
151
152         if (!blk_queue_is_zoned(bdev_get_queue(bdev)) ||
153             WARN_ON_ONCE(!disk->fops->report_zones))
154                 return -EOPNOTSUPP;
155
156         if (!nr_zones || sector >= capacity)
157                 return 0;
158
159         return disk->fops->report_zones(disk, sector, nr_zones, cb, data);
160 }
161 EXPORT_SYMBOL_GPL(blkdev_report_zones);
162
163 static inline unsigned long *blk_alloc_zone_bitmap(int node,
164                                                    unsigned int nr_zones)
165 {
166         return kcalloc_node(BITS_TO_LONGS(nr_zones), sizeof(unsigned long),
167                             GFP_NOIO, node);
168 }
169
170 static int blk_zone_need_reset_cb(struct blk_zone *zone, unsigned int idx,
171                                   void *data)
172 {
173         /*
174          * For an all-zones reset, ignore conventional, empty, read-only
175          * and offline zones.
176          */
177         switch (zone->cond) {
178         case BLK_ZONE_COND_NOT_WP:
179         case BLK_ZONE_COND_EMPTY:
180         case BLK_ZONE_COND_READONLY:
181         case BLK_ZONE_COND_OFFLINE:
182                 return 0;
183         default:
184                 set_bit(idx, (unsigned long *)data);
185                 return 0;
186         }
187 }
188
189 static int blkdev_zone_reset_all_emulated(struct block_device *bdev,
190                                           gfp_t gfp_mask)
191 {
192         struct request_queue *q = bdev_get_queue(bdev);
193         sector_t capacity = get_capacity(bdev->bd_disk);
194         sector_t zone_sectors = blk_queue_zone_sectors(q);
195         unsigned long *need_reset;
196         struct bio *bio = NULL;
197         sector_t sector = 0;
198         int ret;
199
200         need_reset = blk_alloc_zone_bitmap(q->node, q->nr_zones);
201         if (!need_reset)
202                 return -ENOMEM;
203
204         ret = bdev->bd_disk->fops->report_zones(bdev->bd_disk, 0,
205                                 q->nr_zones, blk_zone_need_reset_cb,
206                                 need_reset);
207         if (ret < 0)
208                 goto out_free_need_reset;
209
210         ret = 0;
211         while (sector < capacity) {
212                 if (!test_bit(blk_queue_zone_no(q, sector), need_reset)) {
213                         sector += zone_sectors;
214                         continue;
215                 }
216
217                 bio = blk_next_bio(bio, bdev, 0, REQ_OP_ZONE_RESET | REQ_SYNC,
218                                    gfp_mask);
219                 bio->bi_iter.bi_sector = sector;
220                 sector += zone_sectors;
221
222                 /* This may take a while, so be nice to others */
223                 cond_resched();
224         }
225
226         if (bio) {
227                 ret = submit_bio_wait(bio);
228                 bio_put(bio);
229         }
230
231 out_free_need_reset:
232         kfree(need_reset);
233         return ret;
234 }
235
236 static int blkdev_zone_reset_all(struct block_device *bdev, gfp_t gfp_mask)
237 {
238         struct bio bio;
239
240         bio_init(&bio, bdev, NULL, 0, REQ_OP_ZONE_RESET_ALL | REQ_SYNC);
241         return submit_bio_wait(&bio);
242 }
243
244 /**
245  * blkdev_zone_mgmt - Execute a zone management operation on a range of zones
246  * @bdev:       Target block device
247  * @op:         Operation to be performed on the zones
248  * @sector:     Start sector of the first zone to operate on
249  * @nr_sectors: Number of sectors, should be at least the length of one zone and
250  *              must be zone size aligned.
251  * @gfp_mask:   Memory allocation flags (for bio_alloc)
252  *
253  * Description:
254  *    Perform the specified operation on the range of zones specified by
255  *    @sector..@sector+@nr_sectors. Specifying the entire disk sector range
256  *    is valid, but the specified range should not contain conventional zones.
257  *    The operation to execute on each zone can be a zone reset, open, close
258  *    or finish request.
259  */
260 int blkdev_zone_mgmt(struct block_device *bdev, enum req_opf op,
261                      sector_t sector, sector_t nr_sectors,
262                      gfp_t gfp_mask)
263 {
264         struct request_queue *q = bdev_get_queue(bdev);
265         sector_t zone_sectors = blk_queue_zone_sectors(q);
266         sector_t capacity = get_capacity(bdev->bd_disk);
267         sector_t end_sector = sector + nr_sectors;
268         struct bio *bio = NULL;
269         int ret = 0;
270
271         if (!blk_queue_is_zoned(q))
272                 return -EOPNOTSUPP;
273
274         if (bdev_read_only(bdev))
275                 return -EPERM;
276
277         if (!op_is_zone_mgmt(op))
278                 return -EOPNOTSUPP;
279
280         if (end_sector <= sector || end_sector > capacity)
281                 /* Out of range */
282                 return -EINVAL;
283
284         /* Check alignment (handle eventual smaller last zone) */
285         if (sector & (zone_sectors - 1))
286                 return -EINVAL;
287
288         if ((nr_sectors & (zone_sectors - 1)) && end_sector != capacity)
289                 return -EINVAL;
290
291         /*
292          * In the case of a zone reset operation over all zones,
293          * REQ_OP_ZONE_RESET_ALL can be used with devices supporting this
294          * command. For other devices, we emulate this command behavior by
295          * identifying the zones needing a reset.
296          */
297         if (op == REQ_OP_ZONE_RESET && sector == 0 && nr_sectors == capacity) {
298                 if (!blk_queue_zone_resetall(q))
299                         return blkdev_zone_reset_all_emulated(bdev, gfp_mask);
300                 return blkdev_zone_reset_all(bdev, gfp_mask);
301         }
302
303         while (sector < end_sector) {
304                 bio = blk_next_bio(bio, bdev, 0, op | REQ_SYNC, gfp_mask);
305                 bio->bi_iter.bi_sector = sector;
306                 sector += zone_sectors;
307
308                 /* This may take a while, so be nice to others */
309                 cond_resched();
310         }
311
312         ret = submit_bio_wait(bio);
313         bio_put(bio);
314
315         return ret;
316 }
317 EXPORT_SYMBOL_GPL(blkdev_zone_mgmt);
318
319 struct zone_report_args {
320         struct blk_zone __user *zones;
321 };
322
323 static int blkdev_copy_zone_to_user(struct blk_zone *zone, unsigned int idx,
324                                     void *data)
325 {
326         struct zone_report_args *args = data;
327
328         if (copy_to_user(&args->zones[idx], zone, sizeof(struct blk_zone)))
329                 return -EFAULT;
330         return 0;
331 }
332
333 /*
334  * BLKREPORTZONE ioctl processing.
335  * Called from blkdev_ioctl.
336  */
337 int blkdev_report_zones_ioctl(struct block_device *bdev, fmode_t mode,
338                               unsigned int cmd, unsigned long arg)
339 {
340         void __user *argp = (void __user *)arg;
341         struct zone_report_args args;
342         struct request_queue *q;
343         struct blk_zone_report rep;
344         int ret;
345
346         if (!argp)
347                 return -EINVAL;
348
349         q = bdev_get_queue(bdev);
350         if (!q)
351                 return -ENXIO;
352
353         if (!blk_queue_is_zoned(q))
354                 return -ENOTTY;
355
356         if (copy_from_user(&rep, argp, sizeof(struct blk_zone_report)))
357                 return -EFAULT;
358
359         if (!rep.nr_zones)
360                 return -EINVAL;
361
362         args.zones = argp + sizeof(struct blk_zone_report);
363         ret = blkdev_report_zones(bdev, rep.sector, rep.nr_zones,
364                                   blkdev_copy_zone_to_user, &args);
365         if (ret < 0)
366                 return ret;
367
368         rep.nr_zones = ret;
369         rep.flags = BLK_ZONE_REP_CAPACITY;
370         if (copy_to_user(argp, &rep, sizeof(struct blk_zone_report)))
371                 return -EFAULT;
372         return 0;
373 }
374
375 static int blkdev_truncate_zone_range(struct block_device *bdev, fmode_t mode,
376                                       const struct blk_zone_range *zrange)
377 {
378         loff_t start, end;
379
380         if (zrange->sector + zrange->nr_sectors <= zrange->sector ||
381             zrange->sector + zrange->nr_sectors > get_capacity(bdev->bd_disk))
382                 /* Out of range */
383                 return -EINVAL;
384
385         start = zrange->sector << SECTOR_SHIFT;
386         end = ((zrange->sector + zrange->nr_sectors) << SECTOR_SHIFT) - 1;
387
388         return truncate_bdev_range(bdev, mode, start, end);
389 }
390
391 /*
392  * BLKRESETZONE, BLKOPENZONE, BLKCLOSEZONE and BLKFINISHZONE ioctl processing.
393  * Called from blkdev_ioctl.
394  */
395 int blkdev_zone_mgmt_ioctl(struct block_device *bdev, fmode_t mode,
396                            unsigned int cmd, unsigned long arg)
397 {
398         void __user *argp = (void __user *)arg;
399         struct request_queue *q;
400         struct blk_zone_range zrange;
401         enum req_opf op;
402         int ret;
403
404         if (!argp)
405                 return -EINVAL;
406
407         q = bdev_get_queue(bdev);
408         if (!q)
409                 return -ENXIO;
410
411         if (!blk_queue_is_zoned(q))
412                 return -ENOTTY;
413
414         if (!(mode & FMODE_WRITE))
415                 return -EBADF;
416
417         if (copy_from_user(&zrange, argp, sizeof(struct blk_zone_range)))
418                 return -EFAULT;
419
420         switch (cmd) {
421         case BLKRESETZONE:
422                 op = REQ_OP_ZONE_RESET;
423
424                 /* Invalidate the page cache, including dirty pages. */
425                 filemap_invalidate_lock(bdev->bd_inode->i_mapping);
426                 ret = blkdev_truncate_zone_range(bdev, mode, &zrange);
427                 if (ret)
428                         goto fail;
429                 break;
430         case BLKOPENZONE:
431                 op = REQ_OP_ZONE_OPEN;
432                 break;
433         case BLKCLOSEZONE:
434                 op = REQ_OP_ZONE_CLOSE;
435                 break;
436         case BLKFINISHZONE:
437                 op = REQ_OP_ZONE_FINISH;
438                 break;
439         default:
440                 return -ENOTTY;
441         }
442
443         ret = blkdev_zone_mgmt(bdev, op, zrange.sector, zrange.nr_sectors,
444                                GFP_KERNEL);
445
446 fail:
447         if (cmd == BLKRESETZONE)
448                 filemap_invalidate_unlock(bdev->bd_inode->i_mapping);
449
450         return ret;
451 }
452
453 void blk_queue_free_zone_bitmaps(struct request_queue *q)
454 {
455         kfree(q->conv_zones_bitmap);
456         q->conv_zones_bitmap = NULL;
457         kfree(q->seq_zones_wlock);
458         q->seq_zones_wlock = NULL;
459 }
460
461 struct blk_revalidate_zone_args {
462         struct gendisk  *disk;
463         unsigned long   *conv_zones_bitmap;
464         unsigned long   *seq_zones_wlock;
465         unsigned int    nr_zones;
466         sector_t        zone_sectors;
467         sector_t        sector;
468 };
469
470 /*
471  * Helper function to check the validity of zones of a zoned block device.
472  */
473 static int blk_revalidate_zone_cb(struct blk_zone *zone, unsigned int idx,
474                                   void *data)
475 {
476         struct blk_revalidate_zone_args *args = data;
477         struct gendisk *disk = args->disk;
478         struct request_queue *q = disk->queue;
479         sector_t capacity = get_capacity(disk);
480
481         /*
482          * All zones must have the same size, with the exception on an eventual
483          * smaller last zone.
484          */
485         if (zone->start == 0) {
486                 if (zone->len == 0 || !is_power_of_2(zone->len)) {
487                         pr_warn("%s: Invalid zoned device with non power of two zone size (%llu)\n",
488                                 disk->disk_name, zone->len);
489                         return -ENODEV;
490                 }
491
492                 args->zone_sectors = zone->len;
493                 args->nr_zones = (capacity + zone->len - 1) >> ilog2(zone->len);
494         } else if (zone->start + args->zone_sectors < capacity) {
495                 if (zone->len != args->zone_sectors) {
496                         pr_warn("%s: Invalid zoned device with non constant zone size\n",
497                                 disk->disk_name);
498                         return -ENODEV;
499                 }
500         } else {
501                 if (zone->len > args->zone_sectors) {
502                         pr_warn("%s: Invalid zoned device with larger last zone size\n",
503                                 disk->disk_name);
504                         return -ENODEV;
505                 }
506         }
507
508         /* Check for holes in the zone report */
509         if (zone->start != args->sector) {
510                 pr_warn("%s: Zone gap at sectors %llu..%llu\n",
511                         disk->disk_name, args->sector, zone->start);
512                 return -ENODEV;
513         }
514
515         /* Check zone type */
516         switch (zone->type) {
517         case BLK_ZONE_TYPE_CONVENTIONAL:
518                 if (!args->conv_zones_bitmap) {
519                         args->conv_zones_bitmap =
520                                 blk_alloc_zone_bitmap(q->node, args->nr_zones);
521                         if (!args->conv_zones_bitmap)
522                                 return -ENOMEM;
523                 }
524                 set_bit(idx, args->conv_zones_bitmap);
525                 break;
526         case BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ:
527         case BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_PREF:
528                 if (!args->seq_zones_wlock) {
529                         args->seq_zones_wlock =
530                                 blk_alloc_zone_bitmap(q->node, args->nr_zones);
531                         if (!args->seq_zones_wlock)
532                                 return -ENOMEM;
533                 }
534                 break;
535         default:
536                 pr_warn("%s: Invalid zone type 0x%x at sectors %llu\n",
537                         disk->disk_name, (int)zone->type, zone->start);
538                 return -ENODEV;
539         }
540
541         args->sector += zone->len;
542         return 0;
543 }
544
545 /**
546  * blk_revalidate_disk_zones - (re)allocate and initialize zone bitmaps
547  * @disk:       Target disk
548  * @update_driver_data: Callback to update driver data on the frozen disk
549  *
550  * Helper function for low-level device drivers to (re) allocate and initialize
551  * a disk request queue zone bitmaps. This functions should normally be called
552  * within the disk ->revalidate method for blk-mq based drivers.  For BIO based
553  * drivers only q->nr_zones needs to be updated so that the sysfs exposed value
554  * is correct.
555  * If the @update_driver_data callback function is not NULL, the callback is
556  * executed with the device request queue frozen after all zones have been
557  * checked.
558  */
559 int blk_revalidate_disk_zones(struct gendisk *disk,
560                               void (*update_driver_data)(struct gendisk *disk))
561 {
562         struct request_queue *q = disk->queue;
563         struct blk_revalidate_zone_args args = {
564                 .disk           = disk,
565         };
566         unsigned int noio_flag;
567         int ret;
568
569         if (WARN_ON_ONCE(!blk_queue_is_zoned(q)))
570                 return -EIO;
571         if (WARN_ON_ONCE(!queue_is_mq(q)))
572                 return -EIO;
573
574         if (!get_capacity(disk))
575                 return -EIO;
576
577         /*
578          * Ensure that all memory allocations in this context are done as if
579          * GFP_NOIO was specified.
580          */
581         noio_flag = memalloc_noio_save();
582         ret = disk->fops->report_zones(disk, 0, UINT_MAX,
583                                        blk_revalidate_zone_cb, &args);
584         if (!ret) {
585                 pr_warn("%s: No zones reported\n", disk->disk_name);
586                 ret = -ENODEV;
587         }
588         memalloc_noio_restore(noio_flag);
589
590         /*
591          * If zones where reported, make sure that the entire disk capacity
592          * has been checked.
593          */
594         if (ret > 0 && args.sector != get_capacity(disk)) {
595                 pr_warn("%s: Missing zones from sector %llu\n",
596                         disk->disk_name, args.sector);
597                 ret = -ENODEV;
598         }
599
600         /*
601          * Install the new bitmaps and update nr_zones only once the queue is
602          * stopped and all I/Os are completed (i.e. a scheduler is not
603          * referencing the bitmaps).
604          */
605         blk_mq_freeze_queue(q);
606         if (ret > 0) {
607                 blk_queue_chunk_sectors(q, args.zone_sectors);
608                 q->nr_zones = args.nr_zones;
609                 swap(q->seq_zones_wlock, args.seq_zones_wlock);
610                 swap(q->conv_zones_bitmap, args.conv_zones_bitmap);
611                 if (update_driver_data)
612                         update_driver_data(disk);
613                 ret = 0;
614         } else {
615                 pr_warn("%s: failed to revalidate zones\n", disk->disk_name);
616                 blk_queue_free_zone_bitmaps(q);
617         }
618         blk_mq_unfreeze_queue(q);
619
620         kfree(args.seq_zones_wlock);
621         kfree(args.conv_zones_bitmap);
622         return ret;
623 }
624 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_revalidate_disk_zones);
625
626 void blk_queue_clear_zone_settings(struct request_queue *q)
627 {
628         blk_mq_freeze_queue(q);
629
630         blk_queue_free_zone_bitmaps(q);
631         blk_queue_flag_clear(QUEUE_FLAG_ZONE_RESETALL, q);
632         q->required_elevator_features &= ~ELEVATOR_F_ZBD_SEQ_WRITE;
633         q->nr_zones = 0;
634         q->max_open_zones = 0;
635         q->max_active_zones = 0;
636         q->limits.chunk_sectors = 0;
637         q->limits.zone_write_granularity = 0;
638         q->limits.max_zone_append_sectors = 0;
639
640         blk_mq_unfreeze_queue(q);
641 }