Merge commit 'linus/master' into merge-linus
[linux-2.6] / drivers / md / dm-exception-store.c
1 /*
2  * dm-exception-store.c
3  *
4  * Copyright (C) 2001-2002 Sistina Software (UK) Limited.
5  * Copyright (C) 2006 Red Hat GmbH
6  *
7  * This file is released under the GPL.
8  */
9
10 #include "dm.h"
11 #include "dm-snap.h"
12
13 #include <linux/mm.h>
14 #include <linux/pagemap.h>
15 #include <linux/vmalloc.h>
16 #include <linux/slab.h>
17 #include <linux/dm-io.h>
18 #include <linux/dm-kcopyd.h>
19
20 #define DM_MSG_PREFIX "snapshots"
21 #define DM_CHUNK_SIZE_DEFAULT_SECTORS 32        /* 16KB */
22
23 /*-----------------------------------------------------------------
24  * Persistent snapshots, by persistent we mean that the snapshot
25  * will survive a reboot.
26  *---------------------------------------------------------------*/
27
28 /*
29  * We need to store a record of which parts of the origin have
30  * been copied to the snapshot device.  The snapshot code
31  * requires that we copy exception chunks to chunk aligned areas
32  * of the COW store.  It makes sense therefore, to store the
33  * metadata in chunk size blocks.
34  *
35  * There is no backward or forward compatibility implemented,
36  * snapshots with different disk versions than the kernel will
37  * not be usable.  It is expected that "lvcreate" will blank out
38  * the start of a fresh COW device before calling the snapshot
39  * constructor.
40  *
41  * The first chunk of the COW device just contains the header.
42  * After this there is a chunk filled with exception metadata,
43  * followed by as many exception chunks as can fit in the
44  * metadata areas.
45  *
46  * All on disk structures are in little-endian format.  The end
47  * of the exceptions info is indicated by an exception with a
48  * new_chunk of 0, which is invalid since it would point to the
49  * header chunk.
50  */
51
52 /*
53  * Magic for persistent snapshots: "SnAp" - Feeble isn't it.
54  */
55 #define SNAP_MAGIC 0x70416e53
56
57 /*
58  * The on-disk version of the metadata.
59  */
60 #define SNAPSHOT_DISK_VERSION 1
61
62 struct disk_header {
63         uint32_t magic;
64
65         /*
66          * Is this snapshot valid.  There is no way of recovering
67          * an invalid snapshot.
68          */
69         uint32_t valid;
70
71         /*
72          * Simple, incrementing version. no backward
73          * compatibility.
74          */
75         uint32_t version;
76
77         /* In sectors */
78         uint32_t chunk_size;
79 };
80
81 struct disk_exception {
82         uint64_t old_chunk;
83         uint64_t new_chunk;
84 };
85
86 struct commit_callback {
87         void (*callback)(void *, int success);
88         void *context;
89 };
90
91 /*
92  * The top level structure for a persistent exception store.
93  */
94 struct pstore {
95         struct dm_snapshot *snap;       /* up pointer to my snapshot */
96         int version;
97         int valid;
98         uint32_t exceptions_per_area;
99
100         /*
101          * Now that we have an asynchronous kcopyd there is no
102          * need for large chunk sizes, so it wont hurt to have a
103          * whole chunks worth of metadata in memory at once.
104          */
105         void *area;
106
107         /*
108          * Used to keep track of which metadata area the data in
109          * 'chunk' refers to.
110          */
111         chunk_t current_area;
112
113         /*
114          * The next free chunk for an exception.
115          */
116         chunk_t next_free;
117
118         /*
119          * The index of next free exception in the current
120          * metadata area.
121          */
122         uint32_t current_committed;
123
124         atomic_t pending_count;
125         uint32_t callback_count;
126         struct commit_callback *callbacks;
127         struct dm_io_client *io_client;
128
129         struct workqueue_struct *metadata_wq;
130 };
131
132 static unsigned sectors_to_pages(unsigned sectors)
133 {
134         return DIV_ROUND_UP(sectors, PAGE_SIZE >> 9);
135 }
136
137 static int alloc_area(struct pstore *ps)
138 {
139         int r = -ENOMEM;
140         size_t len;
141
142         len = ps->snap->chunk_size << SECTOR_SHIFT;
143
144         /*
145          * Allocate the chunk_size block of memory that will hold
146          * a single metadata area.
147          */
148         ps->area = vmalloc(len);
149         if (!ps->area)
150                 return r;
151
152         return 0;
153 }
154
155 static void free_area(struct pstore *ps)
156 {
157         vfree(ps->area);
158         ps->area = NULL;
159 }
160
161 struct mdata_req {
162         struct dm_io_region *where;
163         struct dm_io_request *io_req;
164         struct work_struct work;
165         int result;
166 };
167
168 static void do_metadata(struct work_struct *work)
169 {
170         struct mdata_req *req = container_of(work, struct mdata_req, work);
171
172         req->result = dm_io(req->io_req, 1, req->where, NULL);
173 }
174
175 /*
176  * Read or write a chunk aligned and sized block of data from a device.
177  */
178 static int chunk_io(struct pstore *ps, chunk_t chunk, int rw, int metadata)
179 {
180         struct dm_io_region where = {
181                 .bdev = ps->snap->cow->bdev,
182                 .sector = ps->snap->chunk_size * chunk,
183                 .count = ps->snap->chunk_size,
184         };
185         struct dm_io_request io_req = {
186                 .bi_rw = rw,
187                 .mem.type = DM_IO_VMA,
188                 .mem.ptr.vma = ps->area,
189                 .client = ps->io_client,
190                 .notify.fn = NULL,
191         };
192         struct mdata_req req;
193
194         if (!metadata)
195                 return dm_io(&io_req, 1, &where, NULL);
196
197         req.where = &where;
198         req.io_req = &io_req;
199
200         /*
201          * Issue the synchronous I/O from a different thread
202          * to avoid generic_make_request recursion.
203          */
204         INIT_WORK(&req.work, do_metadata);
205         queue_work(ps->metadata_wq, &req.work);
206         flush_workqueue(ps->metadata_wq);
207
208         return req.result;
209 }
210
211 /*
212  * Convert a metadata area index to a chunk index.
213  */
214 static chunk_t area_location(struct pstore *ps, chunk_t area)
215 {
216         return 1 + ((ps->exceptions_per_area + 1) * area);
217 }
218
219 /*
220  * Read or write a metadata area.  Remembering to skip the first
221  * chunk which holds the header.
222  */
223 static int area_io(struct pstore *ps, chunk_t area, int rw)
224 {
225         int r;
226         chunk_t chunk;
227
228         chunk = area_location(ps, area);
229
230         r = chunk_io(ps, chunk, rw, 0);
231         if (r)
232                 return r;
233
234         ps->current_area = area;
235         return 0;
236 }
237
238 static int zero_area(struct pstore *ps, chunk_t area)
239 {
240         memset(ps->area, 0, ps->snap->chunk_size << SECTOR_SHIFT);
241         return area_io(ps, area, WRITE);
242 }
243
244 static int read_header(struct pstore *ps, int *new_snapshot)
245 {
246         int r;
247         struct disk_header *dh;
248         chunk_t chunk_size;
249         int chunk_size_supplied = 1;
250
251         /*
252          * Use default chunk size (or hardsect_size, if larger) if none supplied
253          */
254         if (!ps->snap->chunk_size) {
255                 ps->snap->chunk_size = max(DM_CHUNK_SIZE_DEFAULT_SECTORS,
256                     bdev_hardsect_size(ps->snap->cow->bdev) >> 9);
257                 ps->snap->chunk_mask = ps->snap->chunk_size - 1;
258                 ps->snap->chunk_shift = ffs(ps->snap->chunk_size) - 1;
259                 chunk_size_supplied = 0;
260         }
261
262         ps->io_client = dm_io_client_create(sectors_to_pages(ps->snap->
263                                                              chunk_size));
264         if (IS_ERR(ps->io_client))
265                 return PTR_ERR(ps->io_client);
266
267         r = alloc_area(ps);
268         if (r)
269                 return r;
270
271         r = chunk_io(ps, 0, READ, 1);
272         if (r)
273                 goto bad;
274
275         dh = (struct disk_header *) ps->area;
276
277         if (le32_to_cpu(dh->magic) == 0) {
278                 *new_snapshot = 1;
279                 return 0;
280         }
281
282         if (le32_to_cpu(dh->magic) != SNAP_MAGIC) {
283                 DMWARN("Invalid or corrupt snapshot");
284                 r = -ENXIO;
285                 goto bad;
286         }
287
288         *new_snapshot = 0;
289         ps->valid = le32_to_cpu(dh->valid);
290         ps->version = le32_to_cpu(dh->version);
291         chunk_size = le32_to_cpu(dh->chunk_size);
292
293         if (!chunk_size_supplied || ps->snap->chunk_size == chunk_size)
294                 return 0;
295
296         DMWARN("chunk size %llu in device metadata overrides "
297                "table chunk size of %llu.",
298                (unsigned long long)chunk_size,
299                (unsigned long long)ps->snap->chunk_size);
300
301         /* We had a bogus chunk_size. Fix stuff up. */
302         free_area(ps);
303
304         ps->snap->chunk_size = chunk_size;
305         ps->snap->chunk_mask = chunk_size - 1;
306         ps->snap->chunk_shift = ffs(chunk_size) - 1;
307
308         r = dm_io_client_resize(sectors_to_pages(ps->snap->chunk_size),
309                                 ps->io_client);
310         if (r)
311                 return r;
312
313         r = alloc_area(ps);
314         return r;
315
316 bad:
317         free_area(ps);
318         return r;
319 }
320
321 static int write_header(struct pstore *ps)
322 {
323         struct disk_header *dh;
324
325         memset(ps->area, 0, ps->snap->chunk_size << SECTOR_SHIFT);
326
327         dh = (struct disk_header *) ps->area;
328         dh->magic = cpu_to_le32(SNAP_MAGIC);
329         dh->valid = cpu_to_le32(ps->valid);
330         dh->version = cpu_to_le32(ps->version);
331         dh->chunk_size = cpu_to_le32(ps->snap->chunk_size);
332
333         return chunk_io(ps, 0, WRITE, 1);
334 }
335
336 /*
337  * Access functions for the disk exceptions, these do the endian conversions.
338  */
339 static struct disk_exception *get_exception(struct pstore *ps, uint32_t index)
340 {
341         BUG_ON(index >= ps->exceptions_per_area);
342
343         return ((struct disk_exception *) ps->area) + index;
344 }
345
346 static void read_exception(struct pstore *ps,
347                            uint32_t index, struct disk_exception *result)
348 {
349         struct disk_exception *e = get_exception(ps, index);
350
351         /* copy it */
352         result->old_chunk = le64_to_cpu(e->old_chunk);
353         result->new_chunk = le64_to_cpu(e->new_chunk);
354 }
355
356 static void write_exception(struct pstore *ps,
357                             uint32_t index, struct disk_exception *de)
358 {
359         struct disk_exception *e = get_exception(ps, index);
360
361         /* copy it */
362         e->old_chunk = cpu_to_le64(de->old_chunk);
363         e->new_chunk = cpu_to_le64(de->new_chunk);
364 }
365
366 /*
367  * Registers the exceptions that are present in the current area.
368  * 'full' is filled in to indicate if the area has been
369  * filled.
370  */
371 static int insert_exceptions(struct pstore *ps, int *full)
372 {
373         int r;
374         unsigned int i;
375         struct disk_exception de;
376
377         /* presume the area is full */
378         *full = 1;
379
380         for (i = 0; i < ps->exceptions_per_area; i++) {
381                 read_exception(ps, i, &de);
382
383                 /*
384                  * If the new_chunk is pointing at the start of
385                  * the COW device, where the first metadata area
386                  * is we know that we've hit the end of the
387                  * exceptions.  Therefore the area is not full.
388                  */
389                 if (de.new_chunk == 0LL) {
390                         ps->current_committed = i;
391                         *full = 0;
392                         break;
393                 }
394
395                 /*
396                  * Keep track of the start of the free chunks.
397                  */
398                 if (ps->next_free <= de.new_chunk)
399                         ps->next_free = de.new_chunk + 1;
400
401                 /*
402                  * Otherwise we add the exception to the snapshot.
403                  */
404                 r = dm_add_exception(ps->snap, de.old_chunk, de.new_chunk);
405                 if (r)
406                         return r;
407         }
408
409         return 0;
410 }
411
412 static int read_exceptions(struct pstore *ps)
413 {
414         chunk_t area;
415         int r, full = 1;
416
417         /*
418          * Keeping reading chunks and inserting exceptions until
419          * we find a partially full area.
420          */
421         for (area = 0; full; area++) {
422                 r = area_io(ps, area, READ);
423                 if (r)
424                         return r;
425
426                 r = insert_exceptions(ps, &full);
427                 if (r)
428                         return r;
429         }
430
431         return 0;
432 }
433
434 static struct pstore *get_info(struct exception_store *store)
435 {
436         return (struct pstore *) store->context;
437 }
438
439 static void persistent_fraction_full(struct exception_store *store,
440                                      sector_t *numerator, sector_t *denominator)
441 {
442         *numerator = get_info(store)->next_free * store->snap->chunk_size;
443         *denominator = get_dev_size(store->snap->cow->bdev);
444 }
445
446 static void persistent_destroy(struct exception_store *store)
447 {
448         struct pstore *ps = get_info(store);
449
450         destroy_workqueue(ps->metadata_wq);
451         dm_io_client_destroy(ps->io_client);
452         vfree(ps->callbacks);
453         free_area(ps);
454         kfree(ps);
455 }
456
457 static int persistent_read_metadata(struct exception_store *store)
458 {
459         int r, uninitialized_var(new_snapshot);
460         struct pstore *ps = get_info(store);
461
462         /*
463          * Read the snapshot header.
464          */
465         r = read_header(ps, &new_snapshot);
466         if (r)
467                 return r;
468
469         /*
470          * Now we know correct chunk_size, complete the initialisation.
471          */
472         ps->exceptions_per_area = (ps->snap->chunk_size << SECTOR_SHIFT) /
473                                   sizeof(struct disk_exception);
474         ps->callbacks = dm_vcalloc(ps->exceptions_per_area,
475                         sizeof(*ps->callbacks));
476         if (!ps->callbacks)
477                 return -ENOMEM;
478
479         /*
480          * Do we need to setup a new snapshot ?
481          */
482         if (new_snapshot) {
483                 r = write_header(ps);
484                 if (r) {
485                         DMWARN("write_header failed");
486                         return r;
487                 }
488
489                 r = zero_area(ps, 0);
490                 if (r) {
491                         DMWARN("zero_area(0) failed");
492                         return r;
493                 }
494
495         } else {
496                 /*
497                  * Sanity checks.
498                  */
499                 if (ps->version != SNAPSHOT_DISK_VERSION) {
500                         DMWARN("unable to handle snapshot disk version %d",
501                                ps->version);
502                         return -EINVAL;
503                 }
504
505                 /*
506                  * Metadata are valid, but snapshot is invalidated
507                  */
508                 if (!ps->valid)
509                         return 1;
510
511                 /*
512                  * Read the metadata.
513                  */
514                 r = read_exceptions(ps);
515                 if (r)
516                         return r;
517         }
518
519         return 0;
520 }
521
522 static int persistent_prepare(struct exception_store *store,
523                               struct dm_snap_exception *e)
524 {
525         struct pstore *ps = get_info(store);
526         uint32_t stride;
527         chunk_t next_free;
528         sector_t size = get_dev_size(store->snap->cow->bdev);
529
530         /* Is there enough room ? */
531         if (size < ((ps->next_free + 1) * store->snap->chunk_size))
532                 return -ENOSPC;
533
534         e->new_chunk = ps->next_free;
535
536         /*
537          * Move onto the next free pending, making sure to take
538          * into account the location of the metadata chunks.
539          */
540         stride = (ps->exceptions_per_area + 1);
541         next_free = ++ps->next_free;
542         if (sector_div(next_free, stride) == 1)
543                 ps->next_free++;
544
545         atomic_inc(&ps->pending_count);
546         return 0;
547 }
548
549 static void persistent_commit(struct exception_store *store,
550                               struct dm_snap_exception *e,
551                               void (*callback) (void *, int success),
552                               void *callback_context)
553 {
554         int r;
555         unsigned int i;
556         struct pstore *ps = get_info(store);
557         struct disk_exception de;
558         struct commit_callback *cb;
559
560         de.old_chunk = e->old_chunk;
561         de.new_chunk = e->new_chunk;
562         write_exception(ps, ps->current_committed++, &de);
563
564         /*
565          * Add the callback to the back of the array.  This code
566          * is the only place where the callback array is
567          * manipulated, and we know that it will never be called
568          * multiple times concurrently.
569          */
570         cb = ps->callbacks + ps->callback_count++;
571         cb->callback = callback;
572         cb->context = callback_context;
573
574         /*
575          * If there are no more exceptions in flight, or we have
576          * filled this metadata area we commit the exceptions to
577          * disk.
578          */
579         if (atomic_dec_and_test(&ps->pending_count) ||
580             (ps->current_committed == ps->exceptions_per_area)) {
581                 r = area_io(ps, ps->current_area, WRITE);
582                 if (r)
583                         ps->valid = 0;
584
585                 /*
586                  * Have we completely filled the current area ?
587                  */
588                 if (ps->current_committed == ps->exceptions_per_area) {
589                         ps->current_committed = 0;
590                         r = zero_area(ps, ps->current_area + 1);
591                         if (r)
592                                 ps->valid = 0;
593                 }
594
595                 for (i = 0; i < ps->callback_count; i++) {
596                         cb = ps->callbacks + i;
597                         cb->callback(cb->context, r == 0 ? 1 : 0);
598                 }
599
600                 ps->callback_count = 0;
601         }
602 }
603
604 static void persistent_drop(struct exception_store *store)
605 {
606         struct pstore *ps = get_info(store);
607
608         ps->valid = 0;
609         if (write_header(ps))
610                 DMWARN("write header failed");
611 }
612
613 int dm_create_persistent(struct exception_store *store)
614 {
615         struct pstore *ps;
616
617         /* allocate the pstore */
618         ps = kmalloc(sizeof(*ps), GFP_KERNEL);
619         if (!ps)
620                 return -ENOMEM;
621
622         ps->snap = store->snap;
623         ps->valid = 1;
624         ps->version = SNAPSHOT_DISK_VERSION;
625         ps->area = NULL;
626         ps->next_free = 2;      /* skipping the header and first area */
627         ps->current_committed = 0;
628
629         ps->callback_count = 0;
630         atomic_set(&ps->pending_count, 0);
631         ps->callbacks = NULL;
632
633         ps->metadata_wq = create_singlethread_workqueue("ksnaphd");
634         if (!ps->metadata_wq) {
635                 kfree(ps);
636                 DMERR("couldn't start header metadata update thread");
637                 return -ENOMEM;
638         }
639
640         store->destroy = persistent_destroy;
641         store->read_metadata = persistent_read_metadata;
642         store->prepare_exception = persistent_prepare;
643         store->commit_exception = persistent_commit;
644         store->drop_snapshot = persistent_drop;
645         store->fraction_full = persistent_fraction_full;
646         store->context = ps;
647
648         return 0;
649 }
650
651 /*-----------------------------------------------------------------
652  * Implementation of the store for non-persistent snapshots.
653  *---------------------------------------------------------------*/
654 struct transient_c {
655         sector_t next_free;
656 };
657
658 static void transient_destroy(struct exception_store *store)
659 {
660         kfree(store->context);
661 }
662
663 static int transient_read_metadata(struct exception_store *store)
664 {
665         return 0;
666 }
667
668 static int transient_prepare(struct exception_store *store,
669                              struct dm_snap_exception *e)
670 {
671         struct transient_c *tc = (struct transient_c *) store->context;
672         sector_t size = get_dev_size(store->snap->cow->bdev);
673
674         if (size < (tc->next_free + store->snap->chunk_size))
675                 return -1;
676
677         e->new_chunk = sector_to_chunk(store->snap, tc->next_free);
678         tc->next_free += store->snap->chunk_size;
679
680         return 0;
681 }
682
683 static void transient_commit(struct exception_store *store,
684                              struct dm_snap_exception *e,
685                              void (*callback) (void *, int success),
686                              void *callback_context)
687 {
688         /* Just succeed */
689         callback(callback_context, 1);
690 }
691
692 static void transient_fraction_full(struct exception_store *store,
693                                     sector_t *numerator, sector_t *denominator)
694 {
695         *numerator = ((struct transient_c *) store->context)->next_free;
696         *denominator = get_dev_size(store->snap->cow->bdev);
697 }
698
699 int dm_create_transient(struct exception_store *store)
700 {
701         struct transient_c *tc;
702
703         store->destroy = transient_destroy;
704         store->read_metadata = transient_read_metadata;
705         store->prepare_exception = transient_prepare;
706         store->commit_exception = transient_commit;
707         store->drop_snapshot = NULL;
708         store->fraction_full = transient_fraction_full;
709
710         tc = kmalloc(sizeof(struct transient_c), GFP_KERNEL);
711         if (!tc)
712                 return -ENOMEM;
713
714         tc->next_free = 0;
715         store->context = tc;
716
717         return 0;
718 }