sched: Prevent balance_push() on remote runqueues
[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_SAME:
69         case REQ_OP_WRITE:
70                 return blk_rq_zone_is_seq(rq);
71         default:
72                 return false;
73         }
74 }
75 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_req_needs_zone_write_lock);
76
77 bool blk_req_zone_write_trylock(struct request *rq)
78 {
79         unsigned int zno = blk_rq_zone_no(rq);
80
81         if (test_and_set_bit(zno, rq->q->seq_zones_wlock))
82                 return false;
83
84         WARN_ON_ONCE(rq->rq_flags & RQF_ZONE_WRITE_LOCKED);
85         rq->rq_flags |= RQF_ZONE_WRITE_LOCKED;
86
87         return true;
88 }
89 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_req_zone_write_trylock);
90
91 void __blk_req_zone_write_lock(struct request *rq)
92 {
93         if (WARN_ON_ONCE(test_and_set_bit(blk_rq_zone_no(rq),
94                                           rq->q->seq_zones_wlock)))
95                 return;
96
97         WARN_ON_ONCE(rq->rq_flags & RQF_ZONE_WRITE_LOCKED);
98         rq->rq_flags |= RQF_ZONE_WRITE_LOCKED;
99 }
100 EXPORT_SYMBOL_GPL(__blk_req_zone_write_lock);
101
102 void __blk_req_zone_write_unlock(struct request *rq)
103 {
104         rq->rq_flags &= ~RQF_ZONE_WRITE_LOCKED;
105         if (rq->q->seq_zones_wlock)
106                 WARN_ON_ONCE(!test_and_clear_bit(blk_rq_zone_no(rq),
107                                                  rq->q->seq_zones_wlock));
108 }
109 EXPORT_SYMBOL_GPL(__blk_req_zone_write_unlock);
110
111 /**
112  * blkdev_nr_zones - Get number of zones
113  * @disk:       Target gendisk
114  *
115  * Return the total number of zones of a zoned block device.  For a block
116  * device without zone capabilities, the number of zones is always 0.
117  */
118 unsigned int blkdev_nr_zones(struct gendisk *disk)
119 {
120         sector_t zone_sectors = blk_queue_zone_sectors(disk->queue);
121
122         if (!blk_queue_is_zoned(disk->queue))
123                 return 0;
124         return (get_capacity(disk) + zone_sectors - 1) >> ilog2(zone_sectors);
125 }
126 EXPORT_SYMBOL_GPL(blkdev_nr_zones);
127
128 /**
129  * blkdev_report_zones - Get zones information
130  * @bdev:       Target block device
131  * @sector:     Sector from which to report zones
132  * @nr_zones:   Maximum number of zones to report
133  * @cb:         Callback function called for each reported zone
134  * @data:       Private data for the callback
135  *
136  * Description:
137  *    Get zone information starting from the zone containing @sector for at most
138  *    @nr_zones, and call @cb for each zone reported by the device.
139  *    To report all zones in a device starting from @sector, the BLK_ALL_ZONES
140  *    constant can be passed to @nr_zones.
141  *    Returns the number of zones reported by the device, or a negative errno
142  *    value in case of failure.
143  *
144  *    Note: The caller must use memalloc_noXX_save/restore() calls to control
145  *    memory allocations done within this function.
146  */
147 int blkdev_report_zones(struct block_device *bdev, sector_t sector,
148                         unsigned int nr_zones, report_zones_cb cb, void *data)
149 {
150         struct gendisk *disk = bdev->bd_disk;
151         sector_t capacity = get_capacity(disk);
152
153         if (!blk_queue_is_zoned(bdev_get_queue(bdev)) ||
154             WARN_ON_ONCE(!disk->fops->report_zones))
155                 return -EOPNOTSUPP;
156
157         if (!nr_zones || sector >= capacity)
158                 return 0;
159
160         return disk->fops->report_zones(disk, sector, nr_zones, cb, data);
161 }
162 EXPORT_SYMBOL_GPL(blkdev_report_zones);
163
164 static inline unsigned long *blk_alloc_zone_bitmap(int node,
165                                                    unsigned int nr_zones)
166 {
167         return kcalloc_node(BITS_TO_LONGS(nr_zones), sizeof(unsigned long),
168                             GFP_NOIO, node);
169 }
170
171 static int blk_zone_need_reset_cb(struct blk_zone *zone, unsigned int idx,
172                                   void *data)
173 {
174         /*
175          * For an all-zones reset, ignore conventional, empty, read-only
176          * and offline zones.
177          */
178         switch (zone->cond) {
179         case BLK_ZONE_COND_NOT_WP:
180         case BLK_ZONE_COND_EMPTY:
181         case BLK_ZONE_COND_READONLY:
182         case BLK_ZONE_COND_OFFLINE:
183                 return 0;
184         default:
185                 set_bit(idx, (unsigned long *)data);
186                 return 0;
187         }
188 }
189
190 static int blkdev_zone_reset_all_emulated(struct block_device *bdev,
191                                           gfp_t gfp_mask)
192 {
193         struct request_queue *q = bdev_get_queue(bdev);
194         sector_t capacity = get_capacity(bdev->bd_disk);
195         sector_t zone_sectors = blk_queue_zone_sectors(q);
196         unsigned long *need_reset;
197         struct bio *bio = NULL;
198         sector_t sector = 0;
199         int ret;
200
201         need_reset = blk_alloc_zone_bitmap(q->node, q->nr_zones);
202         if (!need_reset)
203                 return -ENOMEM;
204
205         ret = bdev->bd_disk->fops->report_zones(bdev->bd_disk, 0,
206                                 q->nr_zones, blk_zone_need_reset_cb,
207                                 need_reset);
208         if (ret < 0)
209                 goto out_free_need_reset;
210
211         ret = 0;
212         while (sector < capacity) {
213                 if (!test_bit(blk_queue_zone_no(q, sector), need_reset)) {
214                         sector += zone_sectors;
215                         continue;
216                 }
217
218                 bio = blk_next_bio(bio, 0, gfp_mask);
219                 bio_set_dev(bio, bdev);
220                 bio->bi_opf = REQ_OP_ZONE_RESET | REQ_SYNC;
221                 bio->bi_iter.bi_sector = sector;
222                 sector += zone_sectors;
223
224                 /* This may take a while, so be nice to others */
225                 cond_resched();
226         }
227
228         if (bio) {
229                 ret = submit_bio_wait(bio);
230                 bio_put(bio);
231         }
232
233 out_free_need_reset:
234         kfree(need_reset);
235         return ret;
236 }
237
238 static int blkdev_zone_reset_all(struct block_device *bdev, gfp_t gfp_mask)
239 {
240         struct bio bio;
241
242         bio_init(&bio, NULL, 0);
243         bio_set_dev(&bio, bdev);
244         bio.bi_opf = REQ_OP_ZONE_RESET_ALL | REQ_SYNC;
245
246         return submit_bio_wait(&bio);
247 }
248
249 /**
250  * blkdev_zone_mgmt - Execute a zone management operation on a range of zones
251  * @bdev:       Target block device
252  * @op:         Operation to be performed on the zones
253  * @sector:     Start sector of the first zone to operate on
254  * @nr_sectors: Number of sectors, should be at least the length of one zone and
255  *              must be zone size aligned.
256  * @gfp_mask:   Memory allocation flags (for bio_alloc)
257  *
258  * Description:
259  *    Perform the specified operation on the range of zones specified by
260  *    @sector..@sector+@nr_sectors. Specifying the entire disk sector range
261  *    is valid, but the specified range should not contain conventional zones.
262  *    The operation to execute on each zone can be a zone reset, open, close
263  *    or finish request.
264  */
265 int blkdev_zone_mgmt(struct block_device *bdev, enum req_opf op,
266                      sector_t sector, sector_t nr_sectors,
267                      gfp_t gfp_mask)
268 {
269         struct request_queue *q = bdev_get_queue(bdev);
270         sector_t zone_sectors = blk_queue_zone_sectors(q);
271         sector_t capacity = get_capacity(bdev->bd_disk);
272         sector_t end_sector = sector + nr_sectors;
273         struct bio *bio = NULL;
274         int ret = 0;
275
276         if (!blk_queue_is_zoned(q))
277                 return -EOPNOTSUPP;
278
279         if (bdev_read_only(bdev))
280                 return -EPERM;
281
282         if (!op_is_zone_mgmt(op))
283                 return -EOPNOTSUPP;
284
285         if (end_sector <= sector || end_sector > capacity)
286                 /* Out of range */
287                 return -EINVAL;
288
289         /* Check alignment (handle eventual smaller last zone) */
290         if (sector & (zone_sectors - 1))
291                 return -EINVAL;
292
293         if ((nr_sectors & (zone_sectors - 1)) && end_sector != capacity)
294                 return -EINVAL;
295
296         /*
297          * In the case of a zone reset operation over all zones,
298          * REQ_OP_ZONE_RESET_ALL can be used with devices supporting this
299          * command. For other devices, we emulate this command behavior by
300          * identifying the zones needing a reset.
301          */
302         if (op == REQ_OP_ZONE_RESET && sector == 0 && nr_sectors == capacity) {
303                 if (!blk_queue_zone_resetall(q))
304                         return blkdev_zone_reset_all_emulated(bdev, gfp_mask);
305                 return blkdev_zone_reset_all(bdev, gfp_mask);
306         }
307
308         while (sector < end_sector) {
309                 bio = blk_next_bio(bio, 0, gfp_mask);
310                 bio_set_dev(bio, bdev);
311                 bio->bi_opf = op | REQ_SYNC;
312                 bio->bi_iter.bi_sector = sector;
313                 sector += zone_sectors;
314
315                 /* This may take a while, so be nice to others */
316                 cond_resched();
317         }
318
319         ret = submit_bio_wait(bio);
320         bio_put(bio);
321
322         return ret;
323 }
324 EXPORT_SYMBOL_GPL(blkdev_zone_mgmt);
325
326 struct zone_report_args {
327         struct blk_zone __user *zones;
328 };
329
330 static int blkdev_copy_zone_to_user(struct blk_zone *zone, unsigned int idx,
331                                     void *data)
332 {
333         struct zone_report_args *args = data;
334
335         if (copy_to_user(&args->zones[idx], zone, sizeof(struct blk_zone)))
336                 return -EFAULT;
337         return 0;
338 }
339
340 /*
341  * BLKREPORTZONE ioctl processing.
342  * Called from blkdev_ioctl.
343  */
344 int blkdev_report_zones_ioctl(struct block_device *bdev, fmode_t mode,
345                               unsigned int cmd, unsigned long arg)
346 {
347         void __user *argp = (void __user *)arg;
348         struct zone_report_args args;
349         struct request_queue *q;
350         struct blk_zone_report rep;
351         int ret;
352
353         if (!argp)
354                 return -EINVAL;
355
356         q = bdev_get_queue(bdev);
357         if (!q)
358                 return -ENXIO;
359
360         if (!blk_queue_is_zoned(q))
361                 return -ENOTTY;
362
363         if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
364                 return -EACCES;
365
366         if (copy_from_user(&rep, argp, sizeof(struct blk_zone_report)))
367                 return -EFAULT;
368
369         if (!rep.nr_zones)
370                 return -EINVAL;
371
372         args.zones = argp + sizeof(struct blk_zone_report);
373         ret = blkdev_report_zones(bdev, rep.sector, rep.nr_zones,
374                                   blkdev_copy_zone_to_user, &args);
375         if (ret < 0)
376                 return ret;
377
378         rep.nr_zones = ret;
379         rep.flags = BLK_ZONE_REP_CAPACITY;
380         if (copy_to_user(argp, &rep, sizeof(struct blk_zone_report)))
381                 return -EFAULT;
382         return 0;
383 }
384
385 static int blkdev_truncate_zone_range(struct block_device *bdev, fmode_t mode,
386                                       const struct blk_zone_range *zrange)
387 {
388         loff_t start, end;
389
390         if (zrange->sector + zrange->nr_sectors <= zrange->sector ||
391             zrange->sector + zrange->nr_sectors > get_capacity(bdev->bd_disk))
392                 /* Out of range */
393                 return -EINVAL;
394
395         start = zrange->sector << SECTOR_SHIFT;
396         end = ((zrange->sector + zrange->nr_sectors) << SECTOR_SHIFT) - 1;
397
398         return truncate_bdev_range(bdev, mode, start, end);
399 }
400
401 /*
402  * BLKRESETZONE, BLKOPENZONE, BLKCLOSEZONE and BLKFINISHZONE ioctl processing.
403  * Called from blkdev_ioctl.
404  */
405 int blkdev_zone_mgmt_ioctl(struct block_device *bdev, fmode_t mode,
406                            unsigned int cmd, unsigned long arg)
407 {
408         void __user *argp = (void __user *)arg;
409         struct request_queue *q;
410         struct blk_zone_range zrange;
411         enum req_opf op;
412         int ret;
413
414         if (!argp)
415                 return -EINVAL;
416
417         q = bdev_get_queue(bdev);
418         if (!q)
419                 return -ENXIO;
420
421         if (!blk_queue_is_zoned(q))
422                 return -ENOTTY;
423
424         if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
425                 return -EACCES;
426
427         if (!(mode & FMODE_WRITE))
428                 return -EBADF;
429
430         if (copy_from_user(&zrange, argp, sizeof(struct blk_zone_range)))
431                 return -EFAULT;
432
433         switch (cmd) {
434         case BLKRESETZONE:
435                 op = REQ_OP_ZONE_RESET;
436
437                 /* Invalidate the page cache, including dirty pages. */
438                 ret = blkdev_truncate_zone_range(bdev, mode, &zrange);
439                 if (ret)
440                         return ret;
441                 break;
442         case BLKOPENZONE:
443                 op = REQ_OP_ZONE_OPEN;
444                 break;
445         case BLKCLOSEZONE:
446                 op = REQ_OP_ZONE_CLOSE;
447                 break;
448         case BLKFINISHZONE:
449                 op = REQ_OP_ZONE_FINISH;
450                 break;
451         default:
452                 return -ENOTTY;
453         }
454
455         ret = blkdev_zone_mgmt(bdev, op, zrange.sector, zrange.nr_sectors,
456                                GFP_KERNEL);
457
458         /*
459          * Invalidate the page cache again for zone reset: writes can only be
460          * direct for zoned devices so concurrent writes would not add any page
461          * to the page cache after/during reset. The page cache may be filled
462          * again due to concurrent reads though and dropping the pages for
463          * these is fine.
464          */
465         if (!ret && cmd == BLKRESETZONE)
466                 ret = blkdev_truncate_zone_range(bdev, mode, &zrange);
467
468         return ret;
469 }
470
471 void blk_queue_free_zone_bitmaps(struct request_queue *q)
472 {
473         kfree(q->conv_zones_bitmap);
474         q->conv_zones_bitmap = NULL;
475         kfree(q->seq_zones_wlock);
476         q->seq_zones_wlock = NULL;
477 }
478
479 struct blk_revalidate_zone_args {
480         struct gendisk  *disk;
481         unsigned long   *conv_zones_bitmap;
482         unsigned long   *seq_zones_wlock;
483         unsigned int    nr_zones;
484         sector_t        zone_sectors;
485         sector_t        sector;
486 };
487
488 /*
489  * Helper function to check the validity of zones of a zoned block device.
490  */
491 static int blk_revalidate_zone_cb(struct blk_zone *zone, unsigned int idx,
492                                   void *data)
493 {
494         struct blk_revalidate_zone_args *args = data;
495         struct gendisk *disk = args->disk;
496         struct request_queue *q = disk->queue;
497         sector_t capacity = get_capacity(disk);
498
499         /*
500          * All zones must have the same size, with the exception on an eventual
501          * smaller last zone.
502          */
503         if (zone->start == 0) {
504                 if (zone->len == 0 || !is_power_of_2(zone->len)) {
505                         pr_warn("%s: Invalid zoned device with non power of two zone size (%llu)\n",
506                                 disk->disk_name, zone->len);
507                         return -ENODEV;
508                 }
509
510                 args->zone_sectors = zone->len;
511                 args->nr_zones = (capacity + zone->len - 1) >> ilog2(zone->len);
512         } else if (zone->start + args->zone_sectors < capacity) {
513                 if (zone->len != args->zone_sectors) {
514                         pr_warn("%s: Invalid zoned device with non constant zone size\n",
515                                 disk->disk_name);
516                         return -ENODEV;
517                 }
518         } else {
519                 if (zone->len > args->zone_sectors) {
520                         pr_warn("%s: Invalid zoned device with larger last zone size\n",
521                                 disk->disk_name);
522                         return -ENODEV;
523                 }
524         }
525
526         /* Check for holes in the zone report */
527         if (zone->start != args->sector) {
528                 pr_warn("%s: Zone gap at sectors %llu..%llu\n",
529                         disk->disk_name, args->sector, zone->start);
530                 return -ENODEV;
531         }
532
533         /* Check zone type */
534         switch (zone->type) {
535         case BLK_ZONE_TYPE_CONVENTIONAL:
536                 if (!args->conv_zones_bitmap) {
537                         args->conv_zones_bitmap =
538                                 blk_alloc_zone_bitmap(q->node, args->nr_zones);
539                         if (!args->conv_zones_bitmap)
540                                 return -ENOMEM;
541                 }
542                 set_bit(idx, args->conv_zones_bitmap);
543                 break;
544         case BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ:
545         case BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_PREF:
546                 if (!args->seq_zones_wlock) {
547                         args->seq_zones_wlock =
548                                 blk_alloc_zone_bitmap(q->node, args->nr_zones);
549                         if (!args->seq_zones_wlock)
550                                 return -ENOMEM;
551                 }
552                 break;
553         default:
554                 pr_warn("%s: Invalid zone type 0x%x at sectors %llu\n",
555                         disk->disk_name, (int)zone->type, zone->start);
556                 return -ENODEV;
557         }
558
559         args->sector += zone->len;
560         return 0;
561 }
562
563 /**
564  * blk_revalidate_disk_zones - (re)allocate and initialize zone bitmaps
565  * @disk:       Target disk
566  * @update_driver_data: Callback to update driver data on the frozen disk
567  *
568  * Helper function for low-level device drivers to (re) allocate and initialize
569  * a disk request queue zone bitmaps. This functions should normally be called
570  * within the disk ->revalidate method for blk-mq based drivers.  For BIO based
571  * drivers only q->nr_zones needs to be updated so that the sysfs exposed value
572  * is correct.
573  * If the @update_driver_data callback function is not NULL, the callback is
574  * executed with the device request queue frozen after all zones have been
575  * checked.
576  */
577 int blk_revalidate_disk_zones(struct gendisk *disk,
578                               void (*update_driver_data)(struct gendisk *disk))
579 {
580         struct request_queue *q = disk->queue;
581         struct blk_revalidate_zone_args args = {
582                 .disk           = disk,
583         };
584         unsigned int noio_flag;
585         int ret;
586
587         if (WARN_ON_ONCE(!blk_queue_is_zoned(q)))
588                 return -EIO;
589         if (WARN_ON_ONCE(!queue_is_mq(q)))
590                 return -EIO;
591
592         if (!get_capacity(disk))
593                 return -EIO;
594
595         /*
596          * Ensure that all memory allocations in this context are done as if
597          * GFP_NOIO was specified.
598          */
599         noio_flag = memalloc_noio_save();
600         ret = disk->fops->report_zones(disk, 0, UINT_MAX,
601                                        blk_revalidate_zone_cb, &args);
602         if (!ret) {
603                 pr_warn("%s: No zones reported\n", disk->disk_name);
604                 ret = -ENODEV;
605         }
606         memalloc_noio_restore(noio_flag);
607
608         /*
609          * If zones where reported, make sure that the entire disk capacity
610          * has been checked.
611          */
612         if (ret > 0 && args.sector != get_capacity(disk)) {
613                 pr_warn("%s: Missing zones from sector %llu\n",
614                         disk->disk_name, args.sector);
615                 ret = -ENODEV;
616         }
617
618         /*
619          * Install the new bitmaps and update nr_zones only once the queue is
620          * stopped and all I/Os are completed (i.e. a scheduler is not
621          * referencing the bitmaps).
622          */
623         blk_mq_freeze_queue(q);
624         if (ret > 0) {
625                 blk_queue_chunk_sectors(q, args.zone_sectors);
626                 q->nr_zones = args.nr_zones;
627                 swap(q->seq_zones_wlock, args.seq_zones_wlock);
628                 swap(q->conv_zones_bitmap, args.conv_zones_bitmap);
629                 if (update_driver_data)
630                         update_driver_data(disk);
631                 ret = 0;
632         } else {
633                 pr_warn("%s: failed to revalidate zones\n", disk->disk_name);
634                 blk_queue_free_zone_bitmaps(q);
635         }
636         blk_mq_unfreeze_queue(q);
637
638         kfree(args.seq_zones_wlock);
639         kfree(args.conv_zones_bitmap);
640         return ret;
641 }
642 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_revalidate_disk_zones);
643
644 void blk_queue_clear_zone_settings(struct request_queue *q)
645 {
646         blk_mq_freeze_queue(q);
647
648         blk_queue_free_zone_bitmaps(q);
649         blk_queue_flag_clear(QUEUE_FLAG_ZONE_RESETALL, q);
650         q->required_elevator_features &= ~ELEVATOR_F_ZBD_SEQ_WRITE;
651         q->nr_zones = 0;
652         q->max_open_zones = 0;
653         q->max_active_zones = 0;
654         q->limits.chunk_sectors = 0;
655         q->limits.zone_write_granularity = 0;
656         q->limits.max_zone_append_sectors = 0;
657
658         blk_mq_unfreeze_queue(q);
659 }