drivers/lightnvm/pblk.h

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2015 IT University of Copenhagen (rrpc.h)
   3  * Copyright (C) 2016 CNEX Labs
   4  * Initial release: Matias Bjorling <matias@cnexlabs.com>
   5  * Write buffering: Javier Gonzalez <javier@cnexlabs.com>
   6  *
   7  * This program is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU General Public License version
   9  * 2 as published by the Free Software Foundation.
  10  *
  11  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  12  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  14  * General Public License for more details.
  15  *
  16  * Implementation of a Physical Block-device target for Open-channel SSDs.
  17  *
  18  */
  19
  20 #ifndef PBLK_H_
  21 #define PBLK_H_
  22
  23 #include <linux/blkdev.h>
  24 #include <linux/blk-mq.h>
  25 #include <linux/bio.h>
  26 #include <linux/module.h>
  27 #include <linux/kthread.h>
  28 #include <linux/vmalloc.h>
  29 #include <linux/crc32.h>
  30 #include <linux/uuid.h>
  31
  32 #include <linux/lightnvm.h>
  33
  34 /* Run only GC if less than 1/X blocks are free */
  35 #define GC_LIMIT_INVERSE 5
  36 #define GC_TIME_MSECS 1000
  37
  38 #define PBLK_SECTOR (512)
  39 #define PBLK_EXPOSED_PAGE_SIZE (4096)
  40 #define PBLK_MAX_REQ_ADDRS (64)
  41 #define PBLK_MAX_REQ_ADDRS_PW (6)
  42
  43 #define PBLK_CACHE_NAME_LEN (DISK_NAME_LEN + 16)
  44
  45 #define PBLK_COMMAND_TIMEOUT_MS 30000
  46
  47 /* Max 512 LUNs per device */
  48 #define PBLK_MAX_LUNS_BITMAP (4)
  49
  50 #define NR_PHY_IN_LOG (PBLK_EXPOSED_PAGE_SIZE / PBLK_SECTOR)
  51
  52 #define pblk_for_each_lun(pblk, rlun, i) \
  53                 for ((i) = 0, rlun = &(pblk)->luns[0]; \
  54                         (i) < (pblk)->nr_luns; (i)++, rlun = &(pblk)->luns[(i)])
  55
  56 #define ERASE 2 /* READ = 0, WRITE = 1 */
  57
  58 enum {
  59         /* IO Types */
  60         PBLK_IOTYPE_USER        = 1 << 0,
  61         PBLK_IOTYPE_GC          = 1 << 1,
  62
  63         /* Write buffer flags */
  64         PBLK_FLUSH_ENTRY        = 1 << 2,
  65         PBLK_WRITTEN_DATA       = 1 << 3,
  66         PBLK_SUBMITTED_ENTRY    = 1 << 4,
  67         PBLK_WRITABLE_ENTRY     = 1 << 5,
  68 };
  69
  70 enum {
  71         PBLK_BLK_ST_OPEN =      0x1,
  72         PBLK_BLK_ST_CLOSED =    0x2,
  73 };
  74
  75 /* The number of GC lists and the rate-limiter states go together. This way the
  76  * rate-limiter can dictate how much GC is needed based on resource utilization.
  77  */
  78 #define PBLK_NR_GC_LISTS 3
  79 #define PBLK_MAX_GC_JOBS 32
  80
  81 enum {
  82         PBLK_RL_HIGH = 1,
  83         PBLK_RL_MID = 2,
  84         PBLK_RL_LOW = 3,
  85 };
  86
  87 struct pblk_sec_meta {
  88         u64 reserved;
  89         __le64 lba;
  90 };
  91
  92 #define pblk_dma_meta_size (sizeof(struct pblk_sec_meta) * PBLK_MAX_REQ_ADDRS)
  93
  94 /* write completion context */
  95 struct pblk_c_ctx {
  96         struct list_head list;          /* Head for out-of-order completion */
  97
  98         unsigned long *lun_bitmap;      /* Luns used on current request */
  99         unsigned int sentry;
 100         unsigned int nr_valid;
 101         unsigned int nr_padded;
 102 };
 103
 104 /* Read context */
 105 struct pblk_r_ctx {
 106         struct bio *orig_bio;
 107 };
 108
 109 /* Recovery context */
 110 struct pblk_rec_ctx {
 111         struct pblk *pblk;
 112         struct nvm_rq *rqd;
 113         struct list_head failed;
 114         struct work_struct ws_rec;
 115 };
 116
 117 /* Write context */
 118 struct pblk_w_ctx {
 119         struct bio_list bios;           /* Original bios - used for completion
 120                                          * in REQ_FUA, REQ_FLUSH case
 121                                          */
 122         u64 lba;                        /* Logic addr. associated with entry */
 123         struct ppa_addr ppa;            /* Physic addr. associated with entry */
 124         int flags;                      /* Write context flags */
 125 };
 126
 127 struct pblk_rb_entry {
 128         struct ppa_addr cacheline;      /* Cacheline for this entry */
 129         void *data;                     /* Pointer to data on this entry */
 130         struct pblk_w_ctx w_ctx;        /* Context for this entry */
 131         struct list_head index;         /* List head to enable indexes */
 132 };
 133
 134 #define EMPTY_ENTRY (~0U)
 135
 136 struct pblk_rb_pages {
 137         struct page *pages;
 138         int order;
 139         struct list_head list;
 140 };
 141
 142 struct pblk_rb {
 143         struct pblk_rb_entry *entries;  /* Ring buffer entries */
 144         unsigned int mem;               /* Write offset - points to next
 145                                          * writable entry in memory
 146                                          */
 147         unsigned int subm;              /* Read offset - points to last entry
 148                                          * that has been submitted to the media
 149                                          * to be persisted
 150                                          */
 151         unsigned int sync;              /* Synced - backpointer that signals
 152                                          * the last submitted entry that has
 153                                          * been successfully persisted to media
 154                                          */
 155         unsigned int sync_point;        /* Sync point - last entry that must be
 156                                          * flushed to the media. Used with
 157                                          * REQ_FLUSH and REQ_FUA
 158                                          */
 159         unsigned int l2p_update;        /* l2p update point - next entry for
 160                                          * which l2p mapping will be updated to
 161                                          * contain a device ppa address (instead
 162                                          * of a cacheline
 163                                          */
 164         unsigned int nr_entries;        /* Number of entries in write buffer -
 165                                          * must be a power of two
 166                                          */
 167         unsigned int seg_size;          /* Size of the data segments being
 168                                          * stored on each entry. Typically this
 169                                          * will be 4KB
 170                                          */
 171
 172         struct list_head pages;         /* List of data pages */
 173
 174         spinlock_t w_lock;              /* Write lock */
 175         spinlock_t s_lock;              /* Sync lock */
 176
 177 #ifdef CONFIG_NVM_DEBUG
 178         atomic_t inflight_sync_point;   /* Not served REQ_FLUSH | REQ_FUA */
 179 #endif
 180 };
 181
 182 #define PBLK_RECOVERY_SECTORS 16
 183
 184 struct pblk_lun {
 185         struct ppa_addr bppa;
 186
 187         u8 *bb_list;                    /* Bad block list for LUN. Only used on
 188                                          * bring up. Bad blocks are managed
 189                                          * within lines on run-time.
 190                                          */
 191
 192         struct semaphore wr_sem;
 193 };
 194
 195 struct pblk_gc_rq {
 196         struct pblk_line *line;
 197         void *data;
 198         u64 *lba_list;
 199         int nr_secs;
 200         int secs_to_gc;
 201         struct list_head list;
 202 };
 203
 204 struct pblk_gc {
 205         int gc_active;
 206         int gc_enabled;
 207         int gc_forced;
 208         int gc_jobs_active;
 209         atomic_t inflight_gc;
 210
 211         struct task_struct *gc_ts;
 212         struct task_struct *gc_writer_ts;
 213         struct workqueue_struct *gc_reader_wq;
 214         struct timer_list gc_timer;
 215
 216         int w_entries;
 217         struct list_head w_list;
 218
 219         spinlock_t lock;
 220         spinlock_t w_lock;
 221 };
 222
 223 struct pblk_rl {
 224         unsigned int high;      /* Upper threshold for rate limiter (free run -
 225                                  * user I/O rate limiter
 226                                  */
 227         unsigned int low;       /* Lower threshold for rate limiter (user I/O
 228                                  * rate limiter - stall)
 229                                  */
 230         unsigned int high_pw;   /* High rounded up as a power of 2 */
 231
 232 #define PBLK_USER_HIGH_THRS 2   /* Begin write limit at 50 percent
 233                                  * available blks
 234                                  */
 235 #define PBLK_USER_LOW_THRS 20   /* Aggressive GC at 5% available blocks */
 236
 237         int rb_windows_pw;      /* Number of rate windows in the write buffer
 238                                  * given as a power-of-2. This guarantees that
 239                                  * when user I/O is being rate limited, there
 240                                  * will be reserved enough space for the GC to
 241                                  * place its payload. A window is of
 242                                  * pblk->max_write_pgs size, which in NVMe is
 243                                  * 64, i.e., 256kb.
 244                                  */
 245         int rb_budget;          /* Total number of entries available for I/O */
 246         int rb_user_max;        /* Max buffer entries available for user I/O */
 247         atomic_t rb_user_cnt;   /* User I/O buffer counter */
 248         int rb_gc_max;          /* Max buffer entries available for GC I/O */
 249         int rb_gc_rsv;          /* Reserved buffer entries for GC I/O */
 250         int rb_state;           /* Rate-limiter current state */
 251         atomic_t rb_gc_cnt;     /* GC I/O buffer counter */
 252
 253         int rb_user_active;
 254         struct timer_list u_timer;
 255
 256         unsigned long long nr_secs;
 257         unsigned long total_blocks;
 258         atomic_t free_blocks;
 259 };
 260
 261 #define PBLK_LINE_NR_LUN_BITMAP 2
 262 #define PBLK_LINE_NR_SEC_BITMAP 2
 263 #define PBLK_LINE_EMPTY (~0U)
 264
 265 enum {
 266         /* Line Types */
 267         PBLK_LINETYPE_FREE = 0,
 268         PBLK_LINETYPE_LOG = 1,
 269         PBLK_LINETYPE_DATA = 2,
 270
 271         /* Line state */
 272         PBLK_LINESTATE_FREE = 10,
 273         PBLK_LINESTATE_OPEN = 11,
 274         PBLK_LINESTATE_CLOSED = 12,
 275         PBLK_LINESTATE_GC = 13,
 276         PBLK_LINESTATE_BAD = 14,
 277         PBLK_LINESTATE_CORRUPT = 15,
 278
 279         /* GC group */
 280         PBLK_LINEGC_NONE = 20,
 281         PBLK_LINEGC_EMPTY = 21,
 282         PBLK_LINEGC_LOW = 22,
 283         PBLK_LINEGC_MID = 23,
 284         PBLK_LINEGC_HIGH = 24,
 285         PBLK_LINEGC_FULL = 25,
 286 };
 287
 288 #define PBLK_MAGIC 0x70626c6b /*pblk*/
 289
 290 struct line_header {
 291         __le32 crc;
 292         __le32 identifier;      /* pblk identifier */
 293         __u8 uuid[16];          /* instance uuid */
 294         __le16 type;            /* line type */
 295         __le16 version;         /* type version */
 296         __le32 id;              /* line id for current line */
 297 };
 298
 299 struct line_smeta {
 300         struct line_header header;
 301
 302         __le32 crc;             /* Full structure including struct crc */
 303         /* Previous line metadata */
 304         __le32 prev_id;         /* Line id for previous line */
 305
 306         /* Current line metadata */
 307         __le64 seq_nr;          /* Sequence number for current line */
 308
 309         /* Active writers */
 310         __le32 window_wr_lun;   /* Number of parallel LUNs to write */
 311
 312         __le32 rsvd[2];
 313 };
 314
 315 /*
 316  * Metadata Layout:
 317  *      1. struct pblk_emeta
 318  *      2. nr_lbas u64 forming lba list
 319  *      3. nr_lines (all) u32 valid sector count (vsc) (~0U: non-alloc line)
 320  *      4. nr_luns bits (u64 format) forming line bad block bitmap
 321  *
 322  *      3. and 4. will be part of FTL log
 323  */
 324 struct line_emeta {
 325         struct line_header header;
 326
 327         __le32 crc;             /* Full structure including struct crc */
 328
 329         /* Previous line metadata */
 330         __le32 prev_id;         /* Line id for prev line */
 331
 332         /* Current line metadata */
 333         __le64 seq_nr;          /* Sequence number for current line */
 334
 335         /* Active writers */
 336         __le32 window_wr_lun;   /* Number of parallel LUNs to write */
 337
 338         /* Bookkeeping for recovery */
 339         __le32 next_id;         /* Line id for next line */
 340         __le64 nr_lbas;         /* Number of lbas mapped in line */
 341         __le64 nr_valid_lbas;   /* Number of valid lbas mapped in line */
 342 };
 343
 344 struct pblk_line {
 345         struct pblk *pblk;
 346         unsigned int id;                /* Line number corresponds to the
 347                                          * block line
 348                                          */
 349         unsigned int seq_nr;            /* Unique line sequence number */
 350
 351         int state;                      /* PBLK_LINESTATE_X */
 352         int type;                       /* PBLK_LINETYPE_X */
 353         int gc_group;                   /* PBLK_LINEGC_X */
 354         struct list_head list;          /* Free, GC lists */
 355
 356         unsigned long *lun_bitmap;      /* Bitmap for LUNs mapped in line */
 357
 358         struct line_smeta *smeta;       /* Start metadata */
 359         struct line_emeta *emeta;       /* End metadata */
 360         int meta_line;                  /* Metadata line id */
 361         u64 smeta_ssec;                 /* Sector where smeta starts */
 362         u64 emeta_ssec;                 /* Sector where emeta starts */
 363
 364         unsigned int sec_in_line;       /* Number of usable secs in line */
 365
 366         atomic_t blk_in_line;           /* Number of good blocks in line */
 367         unsigned long *blk_bitmap;      /* Bitmap for valid/invalid blocks */
 368         unsigned long *erase_bitmap;    /* Bitmap for erased blocks */
 369
 370         unsigned long *map_bitmap;      /* Bitmap for mapped sectors in line */
 371         unsigned long *invalid_bitmap;  /* Bitmap for invalid sectors in line */
 372
 373         atomic_t left_eblks;            /* Blocks left for erasing */
 374         atomic_t left_seblks;           /* Blocks left for sync erasing */
 375
 376         int left_msecs;                 /* Sectors left for mapping */
 377         int left_ssecs;                 /* Sectors left to sync */
 378         unsigned int cur_sec;           /* Sector map pointer */
 379         unsigned int vsc;               /* Valid sector count in line */
 380
 381         struct kref ref;                /* Write buffer L2P references */
 382
 383         spinlock_t lock;                /* Necessary for invalid_bitmap only */
 384 };
 385
 386 #define PBLK_DATA_LINES 4
 387
 388 enum{
 389         PBLK_KMALLOC_META = 1,
 390         PBLK_VMALLOC_META = 2,
 391 };
 392
 393 struct pblk_line_metadata {
 394         void *meta;
 395 };
 396
 397 struct pblk_line_mgmt {
 398         int nr_lines;                   /* Total number of full lines */
 399         int nr_free_lines;              /* Number of full lines in free list */
 400
 401         /* Free lists - use free_lock */
 402         struct list_head free_list;     /* Full lines ready to use */
 403         struct list_head corrupt_list;  /* Full lines corrupted */
 404         struct list_head bad_list;      /* Full lines bad */
 405
 406         /* GC lists - use gc_lock */
 407         struct list_head *gc_lists[PBLK_NR_GC_LISTS];
 408         struct list_head gc_high_list;  /* Full lines ready to GC, high isc */
 409         struct list_head gc_mid_list;   /* Full lines ready to GC, mid isc */
 410         struct list_head gc_low_list;   /* Full lines ready to GC, low isc */
 411
 412         struct list_head gc_full_list;  /* Full lines ready to GC, no valid */
 413         struct list_head gc_empty_list; /* Full lines close, all valid */
 414
 415         struct pblk_line *log_line;     /* Current FTL log line */
 416         struct pblk_line *data_line;    /* Current data line */
 417         struct pblk_line *log_next;     /* Next FTL log line */
 418         struct pblk_line *data_next;    /* Next data line */
 419
 420         /* Metadata allocation type: VMALLOC | KMALLOC */
 421         int smeta_alloc_type;
 422         int emeta_alloc_type;
 423
 424         /* Pre-allocated metadata for data lines */
 425         struct pblk_line_metadata sline_meta[PBLK_DATA_LINES];
 426         struct pblk_line_metadata eline_meta[PBLK_DATA_LINES];
 427         unsigned long meta_bitmap;
 428
 429         /* Helpers for fast bitmap calculations */
 430         unsigned long *bb_template;
 431         unsigned long *bb_aux;
 432
 433         unsigned long d_seq_nr;         /* Data line unique sequence number */
 434         unsigned long l_seq_nr;         /* Log line unique sequence number */
 435
 436         spinlock_t free_lock;
 437         spinlock_t gc_lock;
 438 };
 439
 440 struct pblk_line_meta {
 441         unsigned int smeta_len;         /* Total length for smeta */
 442         unsigned int smeta_sec;         /* Sectors needed for smeta*/
 443         unsigned int emeta_len;         /* Total length for emeta */
 444         unsigned int emeta_sec;         /* Sectors needed for emeta*/
 445         unsigned int emeta_bb;          /* Boundary for bb that affects emeta */
 446         unsigned int sec_bitmap_len;    /* Length for sector bitmap in line */
 447         unsigned int blk_bitmap_len;    /* Length for block bitmap in line */
 448         unsigned int lun_bitmap_len;    /* Length for lun bitmap in line */
 449
 450         unsigned int blk_per_line;      /* Number of blocks in a full line */
 451         unsigned int sec_per_line;      /* Number of sectors in a line */
 452         unsigned int min_blk_line;      /* Min. number of good blocks in line */
 453
 454         unsigned int mid_thrs;          /* Threshold for GC mid list */
 455         unsigned int high_thrs;         /* Threshold for GC high list */
 456 };
 457
 458 struct pblk_addr_format {
 459         u64     ch_mask;
 460         u64     lun_mask;
 461         u64     pln_mask;
 462         u64     blk_mask;
 463         u64     pg_mask;
 464         u64     sec_mask;
 465         u8      ch_offset;
 466         u8      lun_offset;
 467         u8      pln_offset;
 468         u8      blk_offset;
 469         u8      pg_offset;
 470         u8      sec_offset;
 471 };
 472
 473 struct pblk {
 474         struct nvm_tgt_dev *dev;
 475         struct gendisk *disk;
 476
 477         struct kobject kobj;
 478
 479         struct pblk_lun *luns;
 480
 481         struct pblk_line *lines;                /* Line array */
 482         struct pblk_line_mgmt l_mg;             /* Line management */
 483         struct pblk_line_meta lm;               /* Line metadata */
 484
 485         int ppaf_bitsize;
 486         struct pblk_addr_format ppaf;
 487
 488         struct pblk_rb rwb;
 489
 490         int min_write_pgs; /* Minimum amount of pages required by controller */
 491         int max_write_pgs; /* Maximum amount of pages supported by controller */
 492         int pgs_in_buffer; /* Number of pages that need to be held in buffer to
 493                             * guarantee successful reads.
 494                             */
 495
 496         sector_t capacity; /* Device capacity when bad blocks are subtracted */
 497         int over_pct;      /* Percentage of device used for over-provisioning */
 498
 499         /* pblk provisioning values. Used by rate limiter */
 500         struct pblk_rl rl;
 501
 502         struct semaphore erase_sem;
 503
 504         unsigned char instance_uuid[16];
 505 #ifdef CONFIG_NVM_DEBUG
 506         /* All debug counters apply to 4kb sector I/Os */
 507         atomic_long_t inflight_writes;  /* Inflight writes (user and gc) */
 508         atomic_long_t padded_writes;    /* Sectors padded due to flush/fua */
 509         atomic_long_t padded_wb;        /* Sectors padded in write buffer */
 510         atomic_long_t nr_flush;         /* Number of flush/fua I/O */
 511         atomic_long_t req_writes;       /* Sectors stored on write buffer */
 512         atomic_long_t sub_writes;       /* Sectors submitted from buffer */
 513         atomic_long_t sync_writes;      /* Sectors synced to media */
 514         atomic_long_t compl_writes;     /* Sectors completed in write bio */
 515         atomic_long_t inflight_reads;   /* Inflight sector read requests */
 516         atomic_long_t sync_reads;       /* Completed sector read requests */
 517         atomic_long_t recov_writes;     /* Sectors submitted from recovery */
 518         atomic_long_t recov_gc_writes;  /* Sectors submitted from write GC */
 519         atomic_long_t recov_gc_reads;   /* Sectors submitted from read GC */
 520 #endif
 521
 522         spinlock_t lock;
 523
 524         atomic_long_t read_failed;
 525         atomic_long_t read_empty;
 526         atomic_long_t read_high_ecc;
 527         atomic_long_t read_failed_gc;
 528         atomic_long_t write_failed;
 529         atomic_long_t erase_failed;
 530
 531         struct task_struct *writer_ts;
 532
 533         /* Simple translation map of logical addresses to physical addresses.
 534          * The logical addresses is known by the host system, while the physical
 535          * addresses are used when writing to the disk block device.
 536          */
 537         unsigned char *trans_map;
 538         spinlock_t trans_lock;
 539
 540         struct list_head compl_list;
 541
 542         mempool_t *page_pool;
 543         mempool_t *line_ws_pool;
 544         mempool_t *rec_pool;
 545         mempool_t *r_rq_pool;
 546         mempool_t *w_rq_pool;
 547         mempool_t *line_meta_pool;
 548
 549         struct workqueue_struct *kw_wq;
 550         struct timer_list wtimer;
 551
 552         struct pblk_gc gc;
 553 };
 554
 555 struct pblk_line_ws {
 556         struct pblk *pblk;
 557         struct pblk_line *line;
 558         void *priv;
 559         struct work_struct ws;
 560 };
 561
 562 #define pblk_r_rq_size (sizeof(struct nvm_rq) + sizeof(struct pblk_r_ctx))
 563 #define pblk_w_rq_size (sizeof(struct nvm_rq) + sizeof(struct pblk_c_ctx))
 564
 565 /*
 566  * pblk ring buffer operations
 567  */
 568 int pblk_rb_init(struct pblk_rb *rb, struct pblk_rb_entry *rb_entry_base,
 569                  unsigned int power_size, unsigned int power_seg_sz);
 570 unsigned int pblk_rb_calculate_size(unsigned int nr_entries);
 571 void *pblk_rb_entries_ref(struct pblk_rb *rb);
 572 int pblk_rb_may_write_user(struct pblk_rb *rb, struct bio *bio,
 573                            unsigned int nr_entries, unsigned int *pos);
 574 int pblk_rb_may_write_gc(struct pblk_rb *rb, unsigned int nr_entries,
 575                          unsigned int *pos);
 576 void pblk_rb_write_entry_user(struct pblk_rb *rb, void *data,
 577                               struct pblk_w_ctx w_ctx, unsigned int pos);
 578 void pblk_rb_write_entry_gc(struct pblk_rb *rb, void *data,
 579                             struct pblk_w_ctx w_ctx, struct pblk_line *gc_line,
 580                             unsigned int pos);
 581 struct pblk_w_ctx *pblk_rb_w_ctx(struct pblk_rb *rb, unsigned int pos);
 582
 583 void pblk_rb_sync_l2p(struct pblk_rb *rb);
 584 unsigned int pblk_rb_read_to_bio(struct pblk_rb *rb, struct bio *bio,
 585                                  struct pblk_c_ctx *c_ctx,
 586                                  unsigned int pos,
 587                                  unsigned int nr_entries,
 588                                  unsigned int count);
 589 unsigned int pblk_rb_read_to_bio_list(struct pblk_rb *rb, struct bio *bio,
 590                                       struct list_head *list,
 591                                       unsigned int max);
 592 int pblk_rb_copy_to_bio(struct pblk_rb *rb, struct bio *bio, sector_t lba,
 593                         u64 pos, int bio_iter);
 594 unsigned int pblk_rb_read_commit(struct pblk_rb *rb, unsigned int entries);
 595
 596 unsigned int pblk_rb_sync_init(struct pblk_rb *rb, unsigned long *flags);
 597 unsigned int pblk_rb_sync_advance(struct pblk_rb *rb, unsigned int nr_entries);
 598 struct pblk_rb_entry *pblk_rb_sync_scan_entry(struct pblk_rb *rb,
 599                                               struct ppa_addr *ppa);
 600 void pblk_rb_sync_end(struct pblk_rb *rb, unsigned long *flags);
 601 unsigned int pblk_rb_sync_point_count(struct pblk_rb *rb);
 602
 603 unsigned int pblk_rb_read_count(struct pblk_rb *rb);
 604 unsigned int pblk_rb_wrap_pos(struct pblk_rb *rb, unsigned int pos);
 605
 606 int pblk_rb_tear_down_check(struct pblk_rb *rb);
 607 int pblk_rb_pos_oob(struct pblk_rb *rb, u64 pos);
 608 void pblk_rb_data_free(struct pblk_rb *rb);
 609 ssize_t pblk_rb_sysfs(struct pblk_rb *rb, char *buf);
 610
 611 /*
 612  * pblk core
 613  */
 614 struct nvm_rq *pblk_alloc_rqd(struct pblk *pblk, int rw);
 615 int pblk_setup_w_rec_rq(struct pblk *pblk, struct nvm_rq *rqd,
 616                         struct pblk_c_ctx *c_ctx);
 617 void pblk_free_rqd(struct pblk *pblk, struct nvm_rq *rqd, int rw);
 618 void pblk_flush_writer(struct pblk *pblk);
 619 struct ppa_addr pblk_get_lba_map(struct pblk *pblk, sector_t lba);
 620 void pblk_discard(struct pblk *pblk, struct bio *bio);
 621 void pblk_log_write_err(struct pblk *pblk, struct nvm_rq *rqd);
 622 void pblk_log_read_err(struct pblk *pblk, struct nvm_rq *rqd);
 623 int pblk_submit_io(struct pblk *pblk, struct nvm_rq *rqd);
 624 struct bio *pblk_bio_map_addr(struct pblk *pblk, void *data,
 625                               unsigned int nr_secs, unsigned int len,
 626                               gfp_t gfp_mask);
 627 struct pblk_line *pblk_line_get(struct pblk *pblk);
 628 struct pblk_line *pblk_line_get_first_data(struct pblk *pblk);
 629 struct pblk_line *pblk_line_replace_data(struct pblk *pblk);
 630 int pblk_line_recov_alloc(struct pblk *pblk, struct pblk_line *line);
 631 void pblk_line_recov_close(struct pblk *pblk, struct pblk_line *line);
 632 struct pblk_line *pblk_line_get_data(struct pblk *pblk);
 633 struct pblk_line *pblk_line_get_data_next(struct pblk *pblk);
 634 int pblk_line_erase(struct pblk *pblk, struct pblk_line *line);
 635 int pblk_line_is_full(struct pblk_line *line);
 636 void pblk_line_free(struct pblk *pblk, struct pblk_line *line);
 637 void pblk_line_close_ws(struct work_struct *work);
 638 void pblk_line_close(struct pblk *pblk, struct pblk_line *line);
 639 void pblk_line_mark_bb(struct work_struct *work);
 640 void pblk_line_run_ws(struct pblk *pblk, struct pblk_line *line, void *priv,
 641                       void (*work)(struct work_struct *));
 642 u64 pblk_line_smeta_start(struct pblk *pblk, struct pblk_line *line);
 643 int pblk_line_read_smeta(struct pblk *pblk, struct pblk_line *line);
 644 int pblk_line_read_emeta(struct pblk *pblk, struct pblk_line *line);
 645 int pblk_blk_erase_async(struct pblk *pblk, struct ppa_addr erase_ppa);
 646 void pblk_line_put(struct kref *ref);
 647 struct list_head *pblk_line_gc_list(struct pblk *pblk, struct pblk_line *line);
 648 u64 pblk_alloc_page(struct pblk *pblk, struct pblk_line *line, int nr_secs);
 649 int pblk_calc_secs(struct pblk *pblk, unsigned long secs_avail,
 650                    unsigned long secs_to_flush);
 651 void pblk_down_rq(struct pblk *pblk, struct ppa_addr *ppa_list, int nr_ppas,
 652                   unsigned long *lun_bitmap);
 653 void pblk_up_rq(struct pblk *pblk, struct ppa_addr *ppa_list, int nr_ppas,
 654                 unsigned long *lun_bitmap);
 655 void pblk_end_bio_sync(struct bio *bio);
 656 void pblk_end_io_sync(struct nvm_rq *rqd);
 657 int pblk_bio_add_pages(struct pblk *pblk, struct bio *bio, gfp_t flags,
 658                        int nr_pages);
 659 void pblk_map_pad_invalidate(struct pblk *pblk, struct pblk_line *line,
 660                              u64 paddr);
 661 void pblk_bio_free_pages(struct pblk *pblk, struct bio *bio, int off,
 662                          int nr_pages);
 663 void pblk_map_invalidate(struct pblk *pblk, struct ppa_addr ppa);
 664 void pblk_update_map(struct pblk *pblk, sector_t lba, struct ppa_addr ppa);
 665 void pblk_update_map_cache(struct pblk *pblk, sector_t lba,
 666                            struct ppa_addr ppa);
 667 void pblk_update_map_dev(struct pblk *pblk, sector_t lba,
 668                          struct ppa_addr ppa, struct ppa_addr entry_line);
 669 int pblk_update_map_gc(struct pblk *pblk, sector_t lba, struct ppa_addr ppa,
 670                        struct pblk_line *gc_line);
 671 void pblk_lookup_l2p_rand(struct pblk *pblk, struct ppa_addr *ppas,
 672                           u64 *lba_list, int nr_secs);
 673 void pblk_lookup_l2p_seq(struct pblk *pblk, struct ppa_addr *ppas,
 674                          sector_t blba, int nr_secs);
 675
 676 /*
 677  * pblk user I/O write path
 678  */
 679 int pblk_write_to_cache(struct pblk *pblk, struct bio *bio,
 680                         unsigned long flags);
 681 int pblk_write_gc_to_cache(struct pblk *pblk, void *data, u64 *lba_list,
 682                            unsigned int nr_entries, unsigned int nr_rec_entries,
 683                            struct pblk_line *gc_line, unsigned long flags);
 684
 685 /*
 686  * pblk map
 687  */
 688 void pblk_map_erase_rq(struct pblk *pblk, struct nvm_rq *rqd,
 689                        unsigned int sentry, unsigned long *lun_bitmap,
 690                        unsigned int valid_secs, struct ppa_addr *erase_ppa);
 691 void pblk_map_rq(struct pblk *pblk, struct nvm_rq *rqd, unsigned int sentry,
 692                  unsigned long *lun_bitmap, unsigned int valid_secs,
 693                  unsigned int off);
 694
 695 /*
 696  * pblk write thread
 697  */
 698 int pblk_write_ts(void *data);
 699 void pblk_write_timer_fn(unsigned long data);
 700 void pblk_write_should_kick(struct pblk *pblk);
 701
 702 /*
 703  * pblk read path
 704  */
 705 int pblk_submit_read(struct pblk *pblk, struct bio *bio);
 706 int pblk_submit_read_gc(struct pblk *pblk, u64 *lba_list, void *data,
 707                         unsigned int nr_secs, unsigned int *secs_to_gc,
 708                         struct pblk_line *line);
 709 /*
 710  * pblk recovery
 711  */
 712 void pblk_submit_rec(struct work_struct *work);
 713 struct pblk_line *pblk_recov_l2p(struct pblk *pblk);
 714 void pblk_recov_pad(struct pblk *pblk);
 715 __le64 *pblk_recov_get_lba_list(struct pblk *pblk, struct line_emeta *emeta);
 716 int pblk_recov_setup_rq(struct pblk *pblk, struct pblk_c_ctx *c_ctx,
 717                         struct pblk_rec_ctx *recovery, u64 *comp_bits,
 718                         unsigned int comp);
 719
 720 /*
 721  * pblk gc
 722  */
 723 #define PBLK_GC_TRIES 3
 724
 725 int pblk_gc_init(struct pblk *pblk);
 726 void pblk_gc_exit(struct pblk *pblk);
 727 void pblk_gc_should_start(struct pblk *pblk);
 728 void pblk_gc_should_stop(struct pblk *pblk);
 729 int pblk_gc_status(struct pblk *pblk);
 730 void pblk_gc_sysfs_state_show(struct pblk *pblk, int *gc_enabled,
 731                               int *gc_active);
 732 void pblk_gc_sysfs_force(struct pblk *pblk, int force);
 733
 734 /*
 735  * pblk rate limiter
 736  */
 737 void pblk_rl_init(struct pblk_rl *rl, int budget);
 738 void pblk_rl_free(struct pblk_rl *rl);
 739 int pblk_rl_gc_thrs(struct pblk_rl *rl);
 740 unsigned long pblk_rl_nr_free_blks(struct pblk_rl *rl);
 741 int pblk_rl_user_may_insert(struct pblk_rl *rl, int nr_entries);
 742 void pblk_rl_user_in(struct pblk_rl *rl, int nr_entries);
 743 int pblk_rl_gc_may_insert(struct pblk_rl *rl, int nr_entries);
 744 void pblk_rl_gc_in(struct pblk_rl *rl, int nr_entries);
 745 void pblk_rl_out(struct pblk_rl *rl, int nr_user, int nr_gc);
 746 void pblk_rl_set_gc_rsc(struct pblk_rl *rl, int rsv);
 747 int pblk_rl_sysfs_rate_show(struct pblk_rl *rl);
 748 void pblk_rl_free_lines_inc(struct pblk_rl *rl, struct pblk_line *line);
 749 void pblk_rl_free_lines_dec(struct pblk_rl *rl, struct pblk_line *line);
 750
 751 /*
 752  * pblk sysfs
 753  */
 754 int pblk_sysfs_init(struct gendisk *tdisk);
 755 void pblk_sysfs_exit(struct gendisk *tdisk);
 756
 757 static inline void *pblk_malloc(size_t size, int type, gfp_t flags)
 758 {
 759         if (type == PBLK_KMALLOC_META)
 760                 return kmalloc(size, flags);
 761         return vmalloc(size);
 762 }
 763
 764 static inline void pblk_mfree(void *ptr, int type)
 765 {
 766         if (type == PBLK_KMALLOC_META)
 767                 kfree(ptr);
 768         else
 769                 vfree(ptr);
 770 }
 771
 772 static inline struct nvm_rq *nvm_rq_from_c_ctx(void *c_ctx)
 773 {
 774         return c_ctx - sizeof(struct nvm_rq);
 775 }
 776
 777 static inline void *pblk_line_emeta_to_lbas(struct line_emeta *emeta)
 778 {
 779         return (emeta) + 1;
 780 }
 781
 782 #define NVM_MEM_PAGE_WRITE (8)
 783
 784 static inline int pblk_pad_distance(struct pblk *pblk)
 785 {
 786         struct nvm_tgt_dev *dev = pblk->dev;
 787         struct nvm_geo *geo = &dev->geo;
 788
 789         return NVM_MEM_PAGE_WRITE * geo->nr_luns * geo->sec_per_pl;
 790 }
 791
 792 static inline int pblk_dev_ppa_to_line(struct ppa_addr p)
 793 {
 794         return p.g.blk;
 795 }
 796
 797 static inline int pblk_tgt_ppa_to_line(struct ppa_addr p)
 798 {
 799         return p.g.blk;
 800 }
 801
 802 static inline int pblk_ppa_to_pos(struct nvm_geo *geo, struct ppa_addr p)
 803 {
 804         return p.g.lun * geo->nr_chnls + p.g.ch;
 805 }
 806
 807 /* A block within a line corresponds to the lun */
 808 static inline int pblk_dev_ppa_to_pos(struct nvm_geo *geo, struct ppa_addr p)
 809 {
 810         return p.g.lun * geo->nr_chnls + p.g.ch;
 811 }
 812
 813 static inline struct ppa_addr pblk_ppa32_to_ppa64(struct pblk *pblk, u32 ppa32)
 814 {
 815         struct ppa_addr ppa64;
 816
 817         ppa64.ppa = 0;
 818
 819         if (ppa32 == -1) {
 820                 ppa64.ppa = ADDR_EMPTY;
 821         } else if (ppa32 & (1U << 31)) {
 822                 ppa64.c.line = ppa32 & ((~0U) >> 1);
 823                 ppa64.c.is_cached = 1;
 824         } else {
 825                 ppa64.g.blk = (ppa32 & pblk->ppaf.blk_mask) >>
 826                                                         pblk->ppaf.blk_offset;
 827                 ppa64.g.pg = (ppa32 & pblk->ppaf.pg_mask) >>
 828                                                         pblk->ppaf.pg_offset;
 829                 ppa64.g.lun = (ppa32 & pblk->ppaf.lun_mask) >>
 830                                                         pblk->ppaf.lun_offset;
 831                 ppa64.g.ch = (ppa32 & pblk->ppaf.ch_mask) >>
 832                                                         pblk->ppaf.ch_offset;
 833                 ppa64.g.pl = (ppa32 & pblk->ppaf.pln_mask) >>
 834                                                         pblk->ppaf.pln_offset;
 835                 ppa64.g.sec = (ppa32 & pblk->ppaf.sec_mask) >>
 836                                                         pblk->ppaf.sec_offset;
 837         }
 838
 839         return ppa64;
 840 }
 841
 842 static inline struct ppa_addr pblk_trans_map_get(struct pblk *pblk,
 843                                                                 sector_t lba)
 844 {
 845         struct ppa_addr ppa;
 846
 847         if (pblk->ppaf_bitsize < 32) {
 848                 u32 *map = (u32 *)pblk->trans_map;
 849
 850                 ppa = pblk_ppa32_to_ppa64(pblk, map[lba]);
 851         } else {
 852                 struct ppa_addr *map = (struct ppa_addr *)pblk->trans_map;
 853
 854                 ppa = map[lba];
 855         }
 856
 857         return ppa;
 858 }
 859
 860 static inline u32 pblk_ppa64_to_ppa32(struct pblk *pblk, struct ppa_addr ppa64)
 861 {
 862         u32 ppa32 = 0;
 863
 864         if (ppa64.ppa == ADDR_EMPTY) {
 865                 ppa32 = ~0U;
 866         } else if (ppa64.c.is_cached) {
 867                 ppa32 |= ppa64.c.line;
 868                 ppa32 |= 1U << 31;
 869         } else {
 870                 ppa32 |= ppa64.g.blk << pblk->ppaf.blk_offset;
 871                 ppa32 |= ppa64.g.pg << pblk->ppaf.pg_offset;
 872                 ppa32 |= ppa64.g.lun << pblk->ppaf.lun_offset;
 873                 ppa32 |= ppa64.g.ch << pblk->ppaf.ch_offset;
 874                 ppa32 |= ppa64.g.pl << pblk->ppaf.pln_offset;
 875                 ppa32 |= ppa64.g.sec << pblk->ppaf.sec_offset;
 876         }
 877
 878         return ppa32;
 879 }
 880
 881 static inline void pblk_trans_map_set(struct pblk *pblk, sector_t lba,
 882                                                 struct ppa_addr ppa)
 883 {
 884         if (pblk->ppaf_bitsize < 32) {
 885                 u32 *map = (u32 *)pblk->trans_map;
 886
 887                 map[lba] = pblk_ppa64_to_ppa32(pblk, ppa);
 888         } else {
 889                 u64 *map = (u64 *)pblk->trans_map;
 890
 891                 map[lba] = ppa.ppa;
 892         }
 893 }
 894
 895 static inline u64 pblk_dev_ppa_to_line_addr(struct pblk *pblk,
 896                                                         struct ppa_addr p)
 897 {
 898         u64 paddr;
 899
 900         paddr = 0;
 901         paddr |= (u64)p.g.pg << pblk->ppaf.pg_offset;
 902         paddr |= (u64)p.g.lun << pblk->ppaf.lun_offset;
 903         paddr |= (u64)p.g.ch << pblk->ppaf.ch_offset;
 904         paddr |= (u64)p.g.pl << pblk->ppaf.pln_offset;
 905         paddr |= (u64)p.g.sec << pblk->ppaf.sec_offset;
 906
 907         return paddr;
 908 }
 909
 910 static inline int pblk_ppa_empty(struct ppa_addr ppa_addr)
 911 {
 912         return (ppa_addr.ppa == ADDR_EMPTY);
 913 }
 914
 915 static inline void pblk_ppa_set_empty(struct ppa_addr *ppa_addr)
 916 {
 917         ppa_addr->ppa = ADDR_EMPTY;
 918 }
 919
 920 static inline int pblk_addr_in_cache(struct ppa_addr ppa)
 921 {
 922         return (ppa.ppa != ADDR_EMPTY && ppa.c.is_cached);
 923 }
 924
 925 static inline int pblk_addr_to_cacheline(struct ppa_addr ppa)
 926 {
 927         return ppa.c.line;
 928 }
 929
 930 static inline struct ppa_addr pblk_cacheline_to_addr(int addr)
 931 {
 932         struct ppa_addr p;
 933
 934         p.c.line = addr;
 935         p.c.is_cached = 1;
 936
 937         return p;
 938 }
 939
 940 static inline struct ppa_addr addr_to_gen_ppa(struct pblk *pblk, u64 paddr,
 941                                               u64 line_id)
 942 {
 943         struct ppa_addr ppa;
 944
 945         ppa.ppa = 0;
 946         ppa.g.blk = line_id;
 947         ppa.g.pg = (paddr & pblk->ppaf.pg_mask) >> pblk->ppaf.pg_offset;
 948         ppa.g.lun = (paddr & pblk->ppaf.lun_mask) >> pblk->ppaf.lun_offset;
 949         ppa.g.ch = (paddr & pblk->ppaf.ch_mask) >> pblk->ppaf.ch_offset;
 950         ppa.g.pl = (paddr & pblk->ppaf.pln_mask) >> pblk->ppaf.pln_offset;
 951         ppa.g.sec = (paddr & pblk->ppaf.sec_mask) >> pblk->ppaf.sec_offset;
 952
 953         return ppa;
 954 }
 955
 956 static inline struct ppa_addr addr_to_pblk_ppa(struct pblk *pblk, u64 paddr,
 957                                          u64 line_id)
 958 {
 959         struct ppa_addr ppa;
 960
 961         ppa = addr_to_gen_ppa(pblk, paddr, line_id);
 962
 963         return ppa;
 964 }
 965
 966 static inline u32 pblk_calc_meta_header_crc(struct pblk *pblk,
 967                                             struct line_smeta *smeta)
 968 {
 969         u32 crc = ~(u32)0;
 970
 971         crc = crc32_le(crc, (unsigned char *)smeta + sizeof(crc),
 972                                 sizeof(struct line_header) - sizeof(crc));
 973
 974         return crc;
 975 }
 976
 977 static inline u32 pblk_calc_smeta_crc(struct pblk *pblk,
 978                                       struct line_smeta *smeta)
 979 {
 980         struct pblk_line_meta *lm = &pblk->lm;
 981         u32 crc = ~(u32)0;
 982
 983         crc = crc32_le(crc, (unsigned char *)smeta +
 984                                 sizeof(struct line_header) + sizeof(crc),
 985                                 lm->smeta_len -
 986                                 sizeof(struct line_header) - sizeof(crc));
 987
 988         return crc;
 989 }
 990
 991 static inline u32 pblk_calc_emeta_crc(struct pblk *pblk,
 992                                       struct line_emeta *emeta)
 993 {
 994         struct pblk_line_meta *lm = &pblk->lm;
 995         u32 crc = ~(u32)0;
 996
 997         crc = crc32_le(crc, (unsigned char *)emeta +
 998                                 sizeof(struct line_header) + sizeof(crc),
 999                                 lm->emeta_len -
1000                                 sizeof(struct line_header) - sizeof(crc));
1001
1002         return crc;
1003 }
1004
1005 static inline int pblk_set_progr_mode(struct pblk *pblk, int type)
1006 {
1007         struct nvm_tgt_dev *dev = pblk->dev;
1008         struct nvm_geo *geo = &dev->geo;
1009         int flags;
1010
1011         flags = geo->plane_mode >> 1;
1012
1013         if (type == WRITE)
1014                 flags |= NVM_IO_SCRAMBLE_ENABLE;
1015
1016         return flags;
1017 }
1018
1019 static inline int pblk_set_read_mode(struct pblk *pblk)
1020 {
1021         return NVM_IO_SNGL_ACCESS | NVM_IO_SUSPEND | NVM_IO_SCRAMBLE_ENABLE;
1022 }
1023
1024 #ifdef CONFIG_NVM_DEBUG
1025 static inline void print_ppa(struct ppa_addr *p, char *msg, int error)
1026 {
1027         if (p->c.is_cached) {
1028                 pr_err("ppa: (%s: %x) cache line: %llu\n",
1029                                 msg, error, (u64)p->c.line);
1030         } else {
1031                 pr_err("ppa: (%s: %x):ch:%d,lun:%d,blk:%d,pg:%d,pl:%d,sec:%d\n",
1032                         msg, error,
1033                         p->g.ch, p->g.lun, p->g.blk,
1034                         p->g.pg, p->g.pl, p->g.sec);
1035         }
1036 }
1037
1038 static inline void pblk_print_failed_rqd(struct pblk *pblk, struct nvm_rq *rqd,
1039                                          int error)
1040 {
1041         int bit = -1;
1042
1043         if (rqd->nr_ppas ==  1) {
1044                 print_ppa(&rqd->ppa_addr, "rqd", error);
1045                 return;
1046         }
1047
1048         while ((bit = find_next_bit((void *)&rqd->ppa_status, rqd->nr_ppas,
1049                                                 bit + 1)) < rqd->nr_ppas) {
1050                 print_ppa(&rqd->ppa_list[bit], "rqd", error);
1051         }
1052
1053         pr_err("error:%d, ppa_status:%llx\n", error, rqd->ppa_status);
1054 }
1055 #endif
1056
1057 static inline int pblk_boundary_ppa_checks(struct nvm_tgt_dev *tgt_dev,
1058                                        struct ppa_addr *ppas, int nr_ppas)
1059 {
1060         struct nvm_geo *geo = &tgt_dev->geo;
1061         struct ppa_addr *ppa;
1062         int i;
1063
1064         for (i = 0; i < nr_ppas; i++) {
1065                 ppa = &ppas[i];
1066
1067                 if (!ppa->c.is_cached &&
1068                                 ppa->g.ch < geo->nr_chnls &&
1069                                 ppa->g.lun < geo->luns_per_chnl &&
1070                                 ppa->g.pl < geo->nr_planes &&
1071                                 ppa->g.blk < geo->blks_per_lun &&
1072                                 ppa->g.pg < geo->pgs_per_blk &&
1073                                 ppa->g.sec < geo->sec_per_pg)
1074                         continue;
1075
1076 #ifdef CONFIG_NVM_DEBUG
1077                 print_ppa(ppa, "boundary", i);
1078 #endif
1079                 return 1;
1080         }
1081         return 0;
1082 }
1083
1084 static inline int pblk_boundary_paddr_checks(struct pblk *pblk, u64 paddr)
1085 {
1086         struct pblk_line_meta *lm = &pblk->lm;
1087
1088         if (paddr > lm->sec_per_line)
1089                 return 1;
1090
1091         return 0;
1092 }
1093
1094 static inline unsigned int pblk_get_bi_idx(struct bio *bio)
1095 {
1096         return bio->bi_iter.bi_idx;
1097 }
1098
1099 static inline sector_t pblk_get_lba(struct bio *bio)
1100 {
1101         return bio->bi_iter.bi_sector / NR_PHY_IN_LOG;
1102 }
1103
1104 static inline unsigned int pblk_get_secs(struct bio *bio)
1105 {
1106         return  bio->bi_iter.bi_size / PBLK_EXPOSED_PAGE_SIZE;
1107 }
1108
1109 static inline sector_t pblk_get_sector(sector_t lba)
1110 {
1111         return lba * NR_PHY_IN_LOG;
1112 }
1113
1114 static inline void pblk_setup_uuid(struct pblk *pblk)
1115 {
1116         uuid_le uuid;
1117
1118         uuid_le_gen(&uuid);
1119         memcpy(pblk->instance_uuid, uuid.b, 16);
1120 }
1121 #endif /* PBLK_H_ */