Whamcloud - gitweb
LU-11825 clio: Remove pio feature
[fs/lustre-release.git] / lustre / include / cl_object.h
1 /*
2  * GPL HEADER START
3  *
4  * DO NOT ALTER OR REMOVE COPYRIGHT NOTICES OR THIS FILE HEADER.
5  *
6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
7  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 only,
8  * as published by the Free Software Foundation.
9  *
10  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
11  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
13  * General Public License version 2 for more details (a copy is included
14  * in the LICENSE file that accompanied this code).
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
17  * version 2 along with this program; If not, see
18  * http://www.gnu.org/licenses/gpl-2.0.html
19  *
20  * GPL HEADER END
21  */
22 /*
23  * Copyright (c) 2008, 2010, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
24  * Use is subject to license terms.
25  *
26  * Copyright (c) 2011, 2017, Intel Corporation.
27  */
28 /*
29  * This file is part of Lustre, http://www.lustre.org/
30  * Lustre is a trademark of Sun Microsystems, Inc.
31  */
32 #ifndef _LUSTRE_CL_OBJECT_H
33 #define _LUSTRE_CL_OBJECT_H
34
35 /** \defgroup clio clio
36  *
37  * Client objects implement io operations and cache pages.
38  *
39  * Examples: lov and osc are implementations of cl interface.
40  *
41  * Big Theory Statement.
42  *
43  * Layered objects.
44  *
45  * Client implementation is based on the following data-types:
46  *
47  *   - cl_object
48  *
49  *   - cl_page
50  *
51  *   - cl_lock     represents an extent lock on an object.
52  *
53  *   - cl_io       represents high-level i/o activity such as whole read/write
54  *                 system call, or write-out of pages from under the lock being
55  *                 canceled. cl_io has sub-ios that can be stopped and resumed
56  *                 independently, thus achieving high degree of transfer
57  *                 parallelism. Single cl_io can be advanced forward by
58  *                 the multiple threads (although in the most usual case of
59  *                 read/write system call it is associated with the single user
60  *                 thread, that issued the system call).
61  *
62  * Terminology
63  *
64  *     - to avoid confusion high-level I/O operation like read or write system
65  *     call is referred to as "an io", whereas low-level I/O operation, like
66  *     RPC, is referred to as "a transfer"
67  *
68  *     - "generic code" means generic (not file system specific) code in the
69  *     hosting environment. "cl-code" means code (mostly in cl_*.c files) that
70  *     is not layer specific.
71  *
72  * Locking.
73  *
74  *  - i_mutex
75  *      - PG_locked
76  *          - cl_object_header::coh_page_guard
77  *          - lu_site::ls_guard
78  *
79  * See the top comment in cl_object.c for the description of overall locking and
80  * reference-counting design.
81  *
82  * See comments below for the description of i/o, page, and dlm-locking
83  * design.
84  *
85  * @{
86  */
87
88 /*
89  * super-class definitions.
90  */
91 #include <linux/aio.h>
92 #include <linux/fs.h>
93
94 #include <libcfs/libcfs.h>
95 #include <lu_object.h>
96 #include <linux/atomic.h>
97 #include <linux/mutex.h>
98 #include <linux/radix-tree.h>
99 #include <linux/spinlock.h>
100 #include <linux/wait.h>
101 #include <linux/pagevec.h>
102 #include <lustre_dlm.h>
103
104 struct obd_info;
105 struct inode;
106
107 struct cl_device;
108
109 struct cl_object;
110
111 struct cl_page;
112 struct cl_page_slice;
113 struct cl_lock;
114 struct cl_lock_slice;
115
116 struct cl_lock_operations;
117 struct cl_page_operations;
118
119 struct cl_io;
120 struct cl_io_slice;
121
122 struct cl_req_attr;
123
124 /**
125  * Device in the client stack.
126  *
127  * \see vvp_device, lov_device, lovsub_device, osc_device
128  */
129 struct cl_device {
130         /** Super-class. */
131         struct lu_device                   cd_lu_dev;
132 };
133
134 /** \addtogroup cl_object cl_object
135  * @{ */
136 /**
137  * "Data attributes" of cl_object. Data attributes can be updated
138  * independently for a sub-object, and top-object's attributes are calculated
139  * from sub-objects' ones.
140  */
141 struct cl_attr {
142         /** Object size, in bytes */
143         loff_t cat_size;
144         /**
145          * Known minimal size, in bytes.
146          *
147          * This is only valid when at least one DLM lock is held.
148          */
149         loff_t cat_kms;
150         /** Modification time. Measured in seconds since epoch. */
151         time64_t cat_mtime;
152         /** Access time. Measured in seconds since epoch. */
153         time64_t cat_atime;
154         /** Change time. Measured in seconds since epoch. */
155         time64_t cat_ctime;
156         /**
157          * Blocks allocated to this cl_object on the server file system.
158          *
159          * \todo XXX An interface for block size is needed.
160          */
161         __u64  cat_blocks;
162         /**
163          * User identifier for quota purposes.
164          */
165         uid_t  cat_uid;
166         /**
167          * Group identifier for quota purposes.
168          */
169         gid_t  cat_gid;
170
171         /* nlink of the directory */
172         __u64  cat_nlink;
173
174         /* Project identifier for quota purpose. */
175         __u32  cat_projid;
176 };
177
178 /**
179  * Fields in cl_attr that are being set.
180  */
181 enum cl_attr_valid {
182         CAT_SIZE   = 1 << 0,
183         CAT_KMS    = 1 << 1,
184         CAT_MTIME  = 1 << 3,
185         CAT_ATIME  = 1 << 4,
186         CAT_CTIME  = 1 << 5,
187         CAT_BLOCKS = 1 << 6,
188         CAT_UID    = 1 << 7,
189         CAT_GID    = 1 << 8,
190         CAT_PROJID = 1 << 9
191 };
192
193 /**
194  * Sub-class of lu_object with methods common for objects on the client
195  * stacks.
196  *
197  * cl_object: represents a regular file system object, both a file and a
198  *    stripe. cl_object is based on lu_object: it is identified by a fid,
199  *    layered, cached, hashed, and lrued. Important distinction with the server
200  *    side, where md_object and dt_object are used, is that cl_object "fans out"
201  *    at the lov/sns level: depending on the file layout, single file is
202  *    represented as a set of "sub-objects" (stripes). At the implementation
203  *    level, struct lov_object contains an array of cl_objects. Each sub-object
204  *    is a full-fledged cl_object, having its fid, living in the lru and hash
205  *    table.
206  *
207  *    This leads to the next important difference with the server side: on the
208  *    client, it's quite usual to have objects with the different sequence of
209  *    layers. For example, typical top-object is composed of the following
210  *    layers:
211  *
212  *        - vvp
213  *        - lov
214  *
215  *    whereas its sub-objects are composed of
216  *
217  *        - lovsub
218  *        - osc
219  *
220  *    layers. Here "lovsub" is a mostly dummy layer, whose purpose is to keep
221  *    track of the object-subobject relationship.
222  *
223  *    Sub-objects are not cached independently: when top-object is about to
224  *    be discarded from the memory, all its sub-objects are torn-down and
225  *    destroyed too.
226  *
227  * \see vvp_object, lov_object, lovsub_object, osc_object
228  */
229 struct cl_object {
230         /** super class */
231         struct lu_object                   co_lu;
232         /** per-object-layer operations */
233         const struct cl_object_operations *co_ops;
234         /** offset of page slice in cl_page buffer */
235         int                                co_slice_off;
236 };
237
238 /**
239  * Description of the client object configuration. This is used for the
240  * creation of a new client object that is identified by a more state than
241  * fid.
242  */
243 struct cl_object_conf {
244         /** Super-class. */
245         struct lu_object_conf     coc_lu;
246         union {
247                 /**
248                  * Object layout. This is consumed by lov.
249                  */
250                 struct lu_buf    coc_layout;
251                 /**
252                  * Description of particular stripe location in the
253                  * cluster. This is consumed by osc.
254                  */
255                 struct lov_oinfo *coc_oinfo;
256         } u;
257         /**
258          * VFS inode. This is consumed by vvp.
259          */
260         struct inode             *coc_inode;
261         /**
262          * Layout lock handle.
263          */
264         struct ldlm_lock         *coc_lock;
265         /**
266          * Operation to handle layout, OBJECT_CONF_XYZ.
267          */
268         int                       coc_opc;
269 };
270
271 enum {
272         /** configure layout, set up a new stripe, must be called while
273          * holding layout lock. */
274         OBJECT_CONF_SET = 0,
275         /** invalidate the current stripe configuration due to losing
276          * layout lock. */
277         OBJECT_CONF_INVALIDATE = 1,
278         /** wait for old layout to go away so that new layout can be
279          * set up. */
280         OBJECT_CONF_WAIT = 2
281 };
282
283 enum {
284         CL_LAYOUT_GEN_NONE      = (u32)-2,      /* layout lock was cancelled */
285         CL_LAYOUT_GEN_EMPTY     = (u32)-1,      /* for empty layout */
286 };
287
288 struct cl_layout {
289         /** the buffer to return the layout in lov_mds_md format. */
290         struct lu_buf   cl_buf;
291         /** size of layout in lov_mds_md format. */
292         size_t          cl_size;
293         /** size of DoM component if exists or zero otherwise */
294         u64             cl_dom_comp_size;
295         /** Layout generation. */
296         u32             cl_layout_gen;
297         /** whether layout is a composite one */
298         bool            cl_is_composite;
299 };
300
301 /**
302  * Operations implemented for each cl object layer.
303  *
304  * \see vvp_ops, lov_ops, lovsub_ops, osc_ops
305  */
306 struct cl_object_operations {
307         /**
308          * Initialize page slice for this layer. Called top-to-bottom through
309          * every object layer when a new cl_page is instantiated. Layer
310          * keeping private per-page data, or requiring its own page operations
311          * vector should allocate these data here, and attach then to the page
312          * by calling cl_page_slice_add(). \a vmpage is locked (in the VM
313          * sense). Optional.
314          *
315          * \retval NULL success.
316          *
317          * \retval ERR_PTR(errno) failure code.
318          *
319          * \retval valid-pointer pointer to already existing referenced page
320          *         to be used instead of newly created.
321          */
322         int  (*coo_page_init)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
323                                 struct cl_page *page, pgoff_t index);
324         /**
325          * Initialize lock slice for this layer. Called top-to-bottom through
326          * every object layer when a new cl_lock is instantiated. Layer
327          * keeping private per-lock data, or requiring its own lock operations
328          * vector should allocate these data here, and attach then to the lock
329          * by calling cl_lock_slice_add(). Mandatory.
330          */
331         int  (*coo_lock_init)(const struct lu_env *env,
332                               struct cl_object *obj, struct cl_lock *lock,
333                               const struct cl_io *io);
334         /**
335          * Initialize io state for a given layer.
336          *
337          * called top-to-bottom once per io existence to initialize io
338          * state. If layer wants to keep some state for this type of io, it
339          * has to embed struct cl_io_slice in lu_env::le_ses, and register
340          * slice with cl_io_slice_add(). It is guaranteed that all threads
341          * participating in this io share the same session.
342          */
343         int  (*coo_io_init)(const struct lu_env *env,
344                             struct cl_object *obj, struct cl_io *io);
345         /**
346          * Fill portion of \a attr that this layer controls. This method is
347          * called top-to-bottom through all object layers.
348          *
349          * \pre cl_object_header::coh_attr_guard of the top-object is locked.
350          *
351          * \return   0: to continue
352          * \return +ve: to stop iterating through layers (but 0 is returned
353          *              from enclosing cl_object_attr_get())
354          * \return -ve: to signal error
355          */
356         int (*coo_attr_get)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
357                             struct cl_attr *attr);
358         /**
359          * Update attributes.
360          *
361          * \a valid is a bitmask composed from enum #cl_attr_valid, and
362          * indicating what attributes are to be set.
363          *
364          * \pre cl_object_header::coh_attr_guard of the top-object is locked.
365          *
366          * \return the same convention as for
367          * cl_object_operations::coo_attr_get() is used.
368          */
369         int (*coo_attr_update)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
370                                const struct cl_attr *attr, unsigned valid);
371         /**
372          * Update object configuration. Called top-to-bottom to modify object
373          * configuration.
374          *
375          * XXX error conditions and handling.
376          */
377         int (*coo_conf_set)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
378                             const struct cl_object_conf *conf);
379         /**
380          * Glimpse ast. Executed when glimpse ast arrives for a lock on this
381          * object. Layers are supposed to fill parts of \a lvb that will be
382          * shipped to the glimpse originator as a glimpse result.
383          *
384          * \see vvp_object_glimpse(), lovsub_object_glimpse(),
385          * \see osc_object_glimpse()
386          */
387         int (*coo_glimpse)(const struct lu_env *env,
388                            const struct cl_object *obj, struct ost_lvb *lvb);
389         /**
390          * Object prune method. Called when the layout is going to change on
391          * this object, therefore each layer has to clean up their cache,
392          * mainly pages and locks.
393          */
394         int (*coo_prune)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj);
395         /**
396          * Object getstripe method.
397          */
398         int (*coo_getstripe)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
399                              struct lov_user_md __user *lum, size_t size);
400         /**
401          * Get FIEMAP mapping from the object.
402          */
403         int (*coo_fiemap)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
404                           struct ll_fiemap_info_key *fmkey,
405                           struct fiemap *fiemap, size_t *buflen);
406         /**
407          * Get layout and generation of the object.
408          */
409         int (*coo_layout_get)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
410                               struct cl_layout *layout);
411         /**
412          * Get maximum size of the object.
413          */
414         loff_t (*coo_maxbytes)(struct cl_object *obj);
415         /**
416          * Set request attributes.
417          */
418         void (*coo_req_attr_set)(const struct lu_env *env,
419                                  struct cl_object *obj,
420                                  struct cl_req_attr *attr);
421 };
422
423 /**
424  * Extended header for client object.
425  */
426 struct cl_object_header {
427         /** Standard lu_object_header. cl_object::co_lu::lo_header points
428          * here. */
429         struct lu_object_header coh_lu;
430
431         /**
432          * Parent object. It is assumed that an object has a well-defined
433          * parent, but not a well-defined child (there may be multiple
434          * sub-objects, for the same top-object). cl_object_header::coh_parent
435          * field allows certain code to be written generically, without
436          * limiting possible cl_object layouts unduly.
437          */
438         struct cl_object_header *coh_parent;
439         /**
440          * Protects consistency between cl_attr of parent object and
441          * attributes of sub-objects, that the former is calculated ("merged")
442          * from.
443          *
444          * \todo XXX this can be read/write lock if needed.
445          */
446         spinlock_t               coh_attr_guard;
447         /**
448          * Size of cl_page + page slices
449          */
450         unsigned short           coh_page_bufsize;
451         /**
452          * Number of objects above this one: 0 for a top-object, 1 for its
453          * sub-object, etc.
454          */
455         unsigned char            coh_nesting;
456 };
457
458 /**
459  * Helper macro: iterate over all layers of the object \a obj, assigning every
460  * layer top-to-bottom to \a slice.
461  */
462 #define cl_object_for_each(slice, obj)                          \
463         list_for_each_entry((slice),                            \
464                             &(obj)->co_lu.lo_header->loh_layers,\
465                             co_lu.lo_linkage)
466
467 /**
468  * Helper macro: iterate over all layers of the object \a obj, assigning every
469  * layer bottom-to-top to \a slice.
470  */
471 #define cl_object_for_each_reverse(slice, obj)                          \
472         list_for_each_entry_reverse((slice),                            \
473                                     &(obj)->co_lu.lo_header->loh_layers,\
474                                     co_lu.lo_linkage)
475
476 /** @} cl_object */
477
478 #define CL_PAGE_EOF ((pgoff_t)~0ull)
479
480 /** \addtogroup cl_page cl_page
481  * @{ */
482
483 /** \struct cl_page
484  * Layered client page.
485  *
486  * cl_page: represents a portion of a file, cached in the memory. All pages
487  *    of the given file are of the same size, and are kept in the radix tree
488  *    hanging off the cl_object. cl_page doesn't fan out, but as sub-objects
489  *    of the top-level file object are first class cl_objects, they have their
490  *    own radix trees of pages and hence page is implemented as a sequence of
491  *    struct cl_pages's, linked into double-linked list through
492  *    cl_page::cp_parent and cl_page::cp_child pointers, each residing in the
493  *    corresponding radix tree at the corresponding logical offset.
494  *
495  * cl_page is associated with VM page of the hosting environment (struct
496  *    page in Linux kernel, for example), struct page. It is assumed, that this
497  *    association is implemented by one of cl_page layers (top layer in the
498  *    current design) that
499  *
500  *        - intercepts per-VM-page call-backs made by the environment (e.g.,
501  *          memory pressure),
502  *
503  *        - translates state (page flag bits) and locking between lustre and
504  *          environment.
505  *
506  *    The association between cl_page and struct page is immutable and
507  *    established when cl_page is created.
508  *
509  * cl_page can be "owned" by a particular cl_io (see below), guaranteeing
510  *    this io an exclusive access to this page w.r.t. other io attempts and
511  *    various events changing page state (such as transfer completion, or
512  *    eviction of the page from the memory). Note, that in general cl_io
513  *    cannot be identified with a particular thread, and page ownership is not
514  *    exactly equal to the current thread holding a lock on the page. Layer
515  *    implementing association between cl_page and struct page has to implement
516  *    ownership on top of available synchronization mechanisms.
517  *
518  *    While lustre client maintains the notion of an page ownership by io,
519  *    hosting MM/VM usually has its own page concurrency control
520  *    mechanisms. For example, in Linux, page access is synchronized by the
521  *    per-page PG_locked bit-lock, and generic kernel code (generic_file_*())
522  *    takes care to acquire and release such locks as necessary around the
523  *    calls to the file system methods (->readpage(), ->prepare_write(),
524  *    ->commit_write(), etc.). This leads to the situation when there are two
525  *    different ways to own a page in the client:
526  *
527  *        - client code explicitly and voluntary owns the page (cl_page_own());
528  *
529  *        - VM locks a page and then calls the client, that has "to assume"
530  *          the ownership from the VM (cl_page_assume()).
531  *
532  *    Dual methods to release ownership are cl_page_disown() and
533  *    cl_page_unassume().
534  *
535  * cl_page is reference counted (cl_page::cp_ref). When reference counter
536  *    drops to 0, the page is returned to the cache, unless it is in
537  *    cl_page_state::CPS_FREEING state, in which case it is immediately
538  *    destroyed.
539  *
540  *    The general logic guaranteeing the absence of "existential races" for
541  *    pages is the following:
542  *
543  *        - there are fixed known ways for a thread to obtain a new reference
544  *          to a page:
545  *
546  *            - by doing a lookup in the cl_object radix tree, protected by the
547  *              spin-lock;
548  *
549  *            - by starting from VM-locked struct page and following some
550  *              hosting environment method (e.g., following ->private pointer in
551  *              the case of Linux kernel), see cl_vmpage_page();
552  *
553  *        - when the page enters cl_page_state::CPS_FREEING state, all these
554  *          ways are severed with the proper synchronization
555  *          (cl_page_delete());
556  *
557  *        - entry into cl_page_state::CPS_FREEING is serialized by the VM page
558  *          lock;
559  *
560  *        - no new references to the page in cl_page_state::CPS_FREEING state
561  *          are allowed (checked in cl_page_get()).
562  *
563  *    Together this guarantees that when last reference to a
564  *    cl_page_state::CPS_FREEING page is released, it is safe to destroy the
565  *    page, as neither references to it can be acquired at that point, nor
566  *    ones exist.
567  *
568  * cl_page is a state machine. States are enumerated in enum
569  *    cl_page_state. Possible state transitions are enumerated in
570  *    cl_page_state_set(). State transition process (i.e., actual changing of
571  *    cl_page::cp_state field) is protected by the lock on the underlying VM
572  *    page.
573  *
574  * Linux Kernel implementation.
575  *
576  *    Binding between cl_page and struct page (which is a typedef for
577  *    struct page) is implemented in the vvp layer. cl_page is attached to the
578  *    ->private pointer of the struct page, together with the setting of
579  *    PG_private bit in page->flags, and acquiring additional reference on the
580  *    struct page (much like struct buffer_head, or any similar file system
581  *    private data structures).
582  *
583  *    PG_locked lock is used to implement both ownership and transfer
584  *    synchronization, that is, page is VM-locked in CPS_{OWNED,PAGE{IN,OUT}}
585  *    states. No additional references are acquired for the duration of the
586  *    transfer.
587  *
588  * \warning *THIS IS NOT* the behavior expected by the Linux kernel, where
589  *          write-out is "protected" by the special PG_writeback bit.
590  */
591
592 /**
593  * States of cl_page. cl_page.c assumes particular order here.
594  *
595  * The page state machine is rather crude, as it doesn't recognize finer page
596  * states like "dirty" or "up to date". This is because such states are not
597  * always well defined for the whole stack (see, for example, the
598  * implementation of the read-ahead, that hides page up-to-dateness to track
599  * cache hits accurately). Such sub-states are maintained by the layers that
600  * are interested in them.
601  */
602 enum cl_page_state {
603         /**
604          * Page is in the cache, un-owned. Page leaves cached state in the
605          * following cases:
606          *
607          *     - [cl_page_state::CPS_OWNED] io comes across the page and
608          *     owns it;
609          *
610          *     - [cl_page_state::CPS_PAGEOUT] page is dirty, the
611          *     req-formation engine decides that it wants to include this page
612          *     into an RPC being constructed, and yanks it from the cache;
613          *
614          *     - [cl_page_state::CPS_FREEING] VM callback is executed to
615          *     evict the page form the memory;
616          *
617          * \invariant cl_page::cp_owner == NULL && cl_page::cp_req == NULL
618          */
619         CPS_CACHED,
620         /**
621          * Page is exclusively owned by some cl_io. Page may end up in this
622          * state as a result of
623          *
624          *     - io creating new page and immediately owning it;
625          *
626          *     - [cl_page_state::CPS_CACHED] io finding existing cached page
627          *     and owning it;
628          *
629          *     - [cl_page_state::CPS_OWNED] io finding existing owned page
630          *     and waiting for owner to release the page;
631          *
632          * Page leaves owned state in the following cases:
633          *
634          *     - [cl_page_state::CPS_CACHED] io decides to leave the page in
635          *     the cache, doing nothing;
636          *
637          *     - [cl_page_state::CPS_PAGEIN] io starts read transfer for
638          *     this page;
639          *
640          *     - [cl_page_state::CPS_PAGEOUT] io starts immediate write
641          *     transfer for this page;
642          *
643          *     - [cl_page_state::CPS_FREEING] io decides to destroy this
644          *     page (e.g., as part of truncate or extent lock cancellation).
645          *
646          * \invariant cl_page::cp_owner != NULL && cl_page::cp_req == NULL
647          */
648         CPS_OWNED,
649         /**
650          * Page is being written out, as a part of a transfer. This state is
651          * entered when req-formation logic decided that it wants this page to
652          * be sent through the wire _now_. Specifically, it means that once
653          * this state is achieved, transfer completion handler (with either
654          * success or failure indication) is guaranteed to be executed against
655          * this page independently of any locks and any scheduling decisions
656          * made by the hosting environment (that effectively means that the
657          * page is never put into cl_page_state::CPS_PAGEOUT state "in
658          * advance". This property is mentioned, because it is important when
659          * reasoning about possible dead-locks in the system). The page can
660          * enter this state as a result of
661          *
662          *     - [cl_page_state::CPS_OWNED] an io requesting an immediate
663          *     write-out of this page, or
664          *
665          *     - [cl_page_state::CPS_CACHED] req-forming engine deciding
666          *     that it has enough dirty pages cached to issue a "good"
667          *     transfer.
668          *
669          * The page leaves cl_page_state::CPS_PAGEOUT state when the transfer
670          * is completed---it is moved into cl_page_state::CPS_CACHED state.
671          *
672          * Underlying VM page is locked for the duration of transfer.
673          *
674          * \invariant: cl_page::cp_owner == NULL && cl_page::cp_req != NULL
675          */
676         CPS_PAGEOUT,
677         /**
678          * Page is being read in, as a part of a transfer. This is quite
679          * similar to the cl_page_state::CPS_PAGEOUT state, except that
680          * read-in is always "immediate"---there is no such thing a sudden
681          * construction of read request from cached, presumably not up to date,
682          * pages.
683          *
684          * Underlying VM page is locked for the duration of transfer.
685          *
686          * \invariant: cl_page::cp_owner == NULL && cl_page::cp_req != NULL
687          */
688         CPS_PAGEIN,
689         /**
690          * Page is being destroyed. This state is entered when client decides
691          * that page has to be deleted from its host object, as, e.g., a part
692          * of truncate.
693          *
694          * Once this state is reached, there is no way to escape it.
695          *
696          * \invariant: cl_page::cp_owner == NULL && cl_page::cp_req == NULL
697          */
698         CPS_FREEING,
699         CPS_NR
700 };
701
702 enum cl_page_type {
703         /** Host page, the page is from the host inode which the cl_page
704          * belongs to. */
705         CPT_CACHEABLE = 1,
706
707         /** Transient page, the transient cl_page is used to bind a cl_page
708          *  to vmpage which is not belonging to the same object of cl_page.
709          *  it is used in DirectIO and lockless IO. */
710         CPT_TRANSIENT,
711 };
712
713 /**
714  * Fields are protected by the lock on struct page, except for atomics and
715  * immutables.
716  *
717  * \invariant Data type invariants are in cl_page_invariant(). Basically:
718  * cl_page::cp_parent and cl_page::cp_child are a well-formed double-linked
719  * list, consistent with the parent/child pointers in the cl_page::cp_obj and
720  * cl_page::cp_owner (when set).
721  */
722 struct cl_page {
723         /** Reference counter. */
724         atomic_t                 cp_ref;
725         /** An object this page is a part of. Immutable after creation. */
726         struct cl_object        *cp_obj;
727         /** vmpage */
728         struct page             *cp_vmpage;
729         /** Linkage of pages within group. Pages must be owned */
730         struct list_head         cp_batch;
731         /** List of slices. Immutable after creation. */
732         struct list_head         cp_layers;
733         /**
734          * Page state. This field is const to avoid accidental update, it is
735          * modified only internally within cl_page.c. Protected by a VM lock.
736          */
737         const enum cl_page_state cp_state;
738         /**
739          * Page type. Only CPT_TRANSIENT is used so far. Immutable after
740          * creation.
741          */
742         enum cl_page_type        cp_type;
743
744         /**
745          * Owning IO in cl_page_state::CPS_OWNED state. Sub-page can be owned
746          * by sub-io. Protected by a VM lock.
747          */
748         struct cl_io            *cp_owner;
749         /** List of references to this page, for debugging. */
750         struct lu_ref            cp_reference;
751         /** Link to an object, for debugging. */
752         struct lu_ref_link       cp_obj_ref;
753         /** Link to a queue, for debugging. */
754         struct lu_ref_link       cp_queue_ref;
755         /** Assigned if doing a sync_io */
756         struct cl_sync_io       *cp_sync_io;
757 };
758
759 /**
760  * Per-layer part of cl_page.
761  *
762  * \see vvp_page, lov_page, osc_page
763  */
764 struct cl_page_slice {
765         struct cl_page                  *cpl_page;
766         pgoff_t                          cpl_index;
767         /**
768          * Object slice corresponding to this page slice. Immutable after
769          * creation.
770          */
771         struct cl_object                *cpl_obj;
772         const struct cl_page_operations *cpl_ops;
773         /** Linkage into cl_page::cp_layers. Immutable after creation. */
774         struct list_head                 cpl_linkage;
775 };
776
777 /**
778  * Lock mode. For the client extent locks.
779  *
780  * \ingroup cl_lock
781  */
782 enum cl_lock_mode {
783         CLM_READ,
784         CLM_WRITE,
785         CLM_GROUP,
786         CLM_MAX,
787 };
788
789 /**
790  * Requested transfer type.
791  */
792 enum cl_req_type {
793         CRT_READ,
794         CRT_WRITE,
795         CRT_NR
796 };
797
798 /**
799  * Per-layer page operations.
800  *
801  * Methods taking an \a io argument are for the activity happening in the
802  * context of given \a io. Page is assumed to be owned by that io, except for
803  * the obvious cases (like cl_page_operations::cpo_own()).
804  *
805  * \see vvp_page_ops, lov_page_ops, osc_page_ops
806  */
807 struct cl_page_operations {
808         /**
809          * cl_page<->struct page methods. Only one layer in the stack has to
810          * implement these. Current code assumes that this functionality is
811          * provided by the topmost layer, see cl_page_disown0() as an example.
812          */
813
814         /**
815          * Called when \a io acquires this page into the exclusive
816          * ownership. When this method returns, it is guaranteed that the is
817          * not owned by other io, and no transfer is going on against
818          * it. Optional.
819          *
820          * \see cl_page_own()
821          * \see vvp_page_own(), lov_page_own()
822          */
823         int  (*cpo_own)(const struct lu_env *env,
824                         const struct cl_page_slice *slice,
825                         struct cl_io *io, int nonblock);
826         /** Called when ownership it yielded. Optional.
827          *
828          * \see cl_page_disown()
829          * \see vvp_page_disown()
830          */
831         void (*cpo_disown)(const struct lu_env *env,
832                            const struct cl_page_slice *slice, struct cl_io *io);
833         /**
834          * Called for a page that is already "owned" by \a io from VM point of
835          * view. Optional.
836          *
837          * \see cl_page_assume()
838          * \see vvp_page_assume(), lov_page_assume()
839          */
840         void (*cpo_assume)(const struct lu_env *env,
841                            const struct cl_page_slice *slice, struct cl_io *io);
842         /** Dual to cl_page_operations::cpo_assume(). Optional. Called
843          * bottom-to-top when IO releases a page without actually unlocking
844          * it.
845          *
846          * \see cl_page_unassume()
847          * \see vvp_page_unassume()
848          */
849         void (*cpo_unassume)(const struct lu_env *env,
850                              const struct cl_page_slice *slice,
851                              struct cl_io *io);
852         /**
853          * Announces whether the page contains valid data or not by \a uptodate.
854          *
855          * \see cl_page_export()
856          * \see vvp_page_export()
857          */
858         void  (*cpo_export)(const struct lu_env *env,
859                             const struct cl_page_slice *slice, int uptodate);
860         /**
861          * Checks whether underlying VM page is locked (in the suitable
862          * sense). Used for assertions.
863          *
864          * \retval    -EBUSY: page is protected by a lock of a given mode;
865          * \retval  -ENODATA: page is not protected by a lock;
866          * \retval         0: this layer cannot decide. (Should never happen.)
867          */
868         int (*cpo_is_vmlocked)(const struct lu_env *env,
869                                const struct cl_page_slice *slice);
870
871         /**
872          * Update file attributes when all we have is this page.  Used for tiny
873          * writes to update attributes when we don't have a full cl_io.
874          */
875         void (*cpo_page_touch)(const struct lu_env *env,
876                                const struct cl_page_slice *slice, size_t to);
877         /**
878          * Page destruction.
879          */
880
881         /**
882          * Called when page is truncated from the object. Optional.
883          *
884          * \see cl_page_discard()
885          * \see vvp_page_discard(), osc_page_discard()
886          */
887         void (*cpo_discard)(const struct lu_env *env,
888                             const struct cl_page_slice *slice,
889                             struct cl_io *io);
890         /**
891          * Called when page is removed from the cache, and is about to being
892          * destroyed. Optional.
893          *
894          * \see cl_page_delete()
895          * \see vvp_page_delete(), osc_page_delete()
896          */
897         void (*cpo_delete)(const struct lu_env *env,
898                            const struct cl_page_slice *slice);
899         /** Destructor. Frees resources and slice itself. */
900         void (*cpo_fini)(const struct lu_env *env,
901                          struct cl_page_slice *slice,
902                          struct pagevec *pvec);
903         /**
904          * Optional debugging helper. Prints given page slice.
905          *
906          * \see cl_page_print()
907          */
908         int (*cpo_print)(const struct lu_env *env,
909                          const struct cl_page_slice *slice,
910                          void *cookie, lu_printer_t p);
911         /**
912          * \name transfer
913          *
914          * Transfer methods.
915          *
916          * @{
917          */
918         /**
919          * Request type dependent vector of operations.
920          *
921          * Transfer operations depend on transfer mode (cl_req_type). To avoid
922          * passing transfer mode to each and every of these methods, and to
923          * avoid branching on request type inside of the methods, separate
924          * methods for cl_req_type:CRT_READ and cl_req_type:CRT_WRITE are
925          * provided. That is, method invocation usually looks like
926          *
927          *         slice->cp_ops.io[req->crq_type].cpo_method(env, slice, ...);
928          */
929         struct {
930                 /**
931                  * Called when a page is submitted for a transfer as a part of
932                  * cl_page_list.
933                  *
934                  * \return    0         : page is eligible for submission;
935                  * \return    -EALREADY : skip this page;
936                  * \return    -ve       : error.
937                  *
938                  * \see cl_page_prep()
939                  */
940                 int  (*cpo_prep)(const struct lu_env *env,
941                                  const struct cl_page_slice *slice,
942                                  struct cl_io *io);
943                 /**
944                  * Completion handler. This is guaranteed to be eventually
945                  * fired after cl_page_operations::cpo_prep() or
946                  * cl_page_operations::cpo_make_ready() call.
947                  *
948                  * This method can be called in a non-blocking context. It is
949                  * guaranteed however, that the page involved and its object
950                  * are pinned in memory (and, hence, calling cl_page_put() is
951                  * safe).
952                  *
953                  * \see cl_page_completion()
954                  */
955                 void (*cpo_completion)(const struct lu_env *env,
956                                        const struct cl_page_slice *slice,
957                                        int ioret);
958                 /**
959                  * Called when cached page is about to be added to the
960                  * ptlrpc request as a part of req formation.
961                  *
962                  * \return    0       : proceed with this page;
963                  * \return    -EAGAIN : skip this page;
964                  * \return    -ve     : error.
965                  *
966                  * \see cl_page_make_ready()
967                  */
968                 int  (*cpo_make_ready)(const struct lu_env *env,
969                                        const struct cl_page_slice *slice);
970         } io[CRT_NR];
971         /**
972          * Tell transfer engine that only [to, from] part of a page should be
973          * transmitted.
974          *
975          * This is used for immediate transfers.
976          *
977          * \todo XXX this is not very good interface. It would be much better
978          * if all transfer parameters were supplied as arguments to
979          * cl_io_operations::cio_submit() call, but it is not clear how to do
980          * this for page queues.
981          *
982          * \see cl_page_clip()
983          */
984         void (*cpo_clip)(const struct lu_env *env,
985                          const struct cl_page_slice *slice,
986                          int from, int to);
987         /**
988          * \pre  the page was queued for transferring.
989          * \post page is removed from client's pending list, or -EBUSY
990          *       is returned if it has already been in transferring.
991          *
992          * This is one of seldom page operation which is:
993          * 0. called from top level;
994          * 1. don't have vmpage locked;
995          * 2. every layer should synchronize execution of its ->cpo_cancel()
996          *    with completion handlers. Osc uses client obd lock for this
997          *    purpose. Based on there is no vvp_page_cancel and
998          *    lov_page_cancel(), cpo_cancel is defacto protected by client lock.
999          *
1000          * \see osc_page_cancel().
1001          */
1002         int (*cpo_cancel)(const struct lu_env *env,
1003                           const struct cl_page_slice *slice);
1004         /**
1005          * Write out a page by kernel. This is only called by ll_writepage
1006          * right now.
1007          *
1008          * \see cl_page_flush()
1009          */
1010         int (*cpo_flush)(const struct lu_env *env,
1011                          const struct cl_page_slice *slice,
1012                          struct cl_io *io);
1013         /** @} transfer */
1014 };
1015
1016 /**
1017  * Helper macro, dumping detailed information about \a page into a log.
1018  */
1019 #define CL_PAGE_DEBUG(mask, env, page, format, ...)                     \
1020 do {                                                                    \
1021         if (cfs_cdebug_show(mask, DEBUG_SUBSYSTEM)) {                   \
1022                 LIBCFS_DEBUG_MSG_DATA_DECL(msgdata, mask, NULL);        \
1023                 cl_page_print(env, &msgdata, lu_cdebug_printer, page);  \
1024                 CDEBUG(mask, format , ## __VA_ARGS__);                  \
1025         }                                                               \
1026 } while (0)
1027
1028 /**
1029  * Helper macro, dumping shorter information about \a page into a log.
1030  */
1031 #define CL_PAGE_HEADER(mask, env, page, format, ...)                          \
1032 do {                                                                          \
1033         if (cfs_cdebug_show(mask, DEBUG_SUBSYSTEM)) {                         \
1034                 LIBCFS_DEBUG_MSG_DATA_DECL(msgdata, mask, NULL);              \
1035                 cl_page_header_print(env, &msgdata, lu_cdebug_printer, page); \
1036                 CDEBUG(mask, format , ## __VA_ARGS__);                        \
1037         }                                                                     \
1038 } while (0)
1039
1040 static inline struct page *cl_page_vmpage(const struct cl_page *page)
1041 {
1042         LASSERT(page->cp_vmpage != NULL);
1043         return page->cp_vmpage;
1044 }
1045
1046 /**
1047  * Check if a cl_page is in use.
1048  *
1049  * Client cache holds a refcount, this refcount will be dropped when
1050  * the page is taken out of cache, see vvp_page_delete().
1051  */
1052 static inline bool __page_in_use(const struct cl_page *page, int refc)
1053 {
1054         return (atomic_read(&page->cp_ref) > refc + 1);
1055 }
1056
1057 /**
1058  * Caller itself holds a refcount of cl_page.
1059  */
1060 #define cl_page_in_use(pg)       __page_in_use(pg, 1)
1061 /**
1062  * Caller doesn't hold a refcount.
1063  */
1064 #define cl_page_in_use_noref(pg) __page_in_use(pg, 0)
1065
1066 /** @} cl_page */
1067
1068 /** \addtogroup cl_lock cl_lock
1069  * @{ */
1070 /** \struct cl_lock
1071  *
1072  * Extent locking on the client.
1073  *
1074  * LAYERING
1075  *
1076  * The locking model of the new client code is built around
1077  *
1078  *        struct cl_lock
1079  *
1080  * data-type representing an extent lock on a regular file. cl_lock is a
1081  * layered object (much like cl_object and cl_page), it consists of a header
1082  * (struct cl_lock) and a list of layers (struct cl_lock_slice), linked to
1083  * cl_lock::cll_layers list through cl_lock_slice::cls_linkage.
1084  *
1085  * Typical cl_lock consists of one layer:
1086  *
1087  *     - lov_lock (lov specific data).
1088  *
1089  * lov_lock contains an array of sub-locks. Each of these sub-locks is a
1090  * normal cl_lock: it has a header (struct cl_lock) and a list of layers:
1091  *
1092  *     - osc_lock
1093  *
1094  * Each sub-lock is associated with a cl_object (representing stripe
1095  * sub-object or the file to which top-level cl_lock is associated to), and is
1096  * linked into that cl_object::coh_locks. In this respect cl_lock is similar to
1097  * cl_object (that at lov layer also fans out into multiple sub-objects), and
1098  * is different from cl_page, that doesn't fan out (there is usually exactly
1099  * one osc_page for every vvp_page). We shall call vvp-lov portion of the lock
1100  * a "top-lock" and its lovsub-osc portion a "sub-lock".
1101  *
1102  * LIFE CYCLE
1103  *
1104  * cl_lock is a cacheless data container for the requirements of locks to
1105  * complete the IO. cl_lock is created before I/O starts and destroyed when the
1106  * I/O is complete.
1107  *
1108  * cl_lock depends on LDLM lock to fulfill lock semantics. LDLM lock is attached
1109  * to cl_lock at OSC layer. LDLM lock is still cacheable.
1110  *
1111  * INTERFACE AND USAGE
1112  *
1113  * Two major methods are supported for cl_lock: clo_enqueue and clo_cancel.  A
1114  * cl_lock is enqueued by cl_lock_request(), which will call clo_enqueue()
1115  * methods for each layer to enqueue the lock. At the LOV layer, if a cl_lock
1116  * consists of multiple sub cl_locks, each sub locks will be enqueued
1117  * correspondingly. At OSC layer, the lock enqueue request will tend to reuse
1118  * cached LDLM lock; otherwise a new LDLM lock will have to be requested from
1119  * OST side.
1120  *
1121  * cl_lock_cancel() must be called to release a cl_lock after use. clo_cancel()
1122  * method will be called for each layer to release the resource held by this
1123  * lock. At OSC layer, the reference count of LDLM lock, which is held at
1124  * clo_enqueue time, is released.
1125  *
1126  * LDLM lock can only be canceled if there is no cl_lock using it.
1127  *
1128  * Overall process of the locking during IO operation is as following:
1129  *
1130  *     - once parameters for IO are setup in cl_io, cl_io_operations::cio_lock()
1131  *       is called on each layer. Responsibility of this method is to add locks,
1132  *       needed by a given layer into cl_io.ci_lockset.
1133  *
1134  *     - once locks for all layers were collected, they are sorted to avoid
1135  *       dead-locks (cl_io_locks_sort()), and enqueued.
1136  *
1137  *     - when all locks are acquired, IO is performed;
1138  *
1139  *     - locks are released after IO is complete.
1140  *
1141  * Striping introduces major additional complexity into locking. The
1142  * fundamental problem is that it is generally unsafe to actively use (hold)
1143  * two locks on the different OST servers at the same time, as this introduces
1144  * inter-server dependency and can lead to cascading evictions.
1145  *
1146  * Basic solution is to sub-divide large read/write IOs into smaller pieces so
1147  * that no multi-stripe locks are taken (note that this design abandons POSIX
1148  * read/write semantics). Such pieces ideally can be executed concurrently. At
1149  * the same time, certain types of IO cannot be sub-divived, without
1150  * sacrificing correctness. This includes:
1151  *
1152  *  - O_APPEND write, where [0, EOF] lock has to be taken, to guarantee
1153  *  atomicity;
1154  *
1155  *  - ftruncate(fd, offset), where [offset, EOF] lock has to be taken.
1156  *
1157  * Also, in the case of read(fd, buf, count) or write(fd, buf, count), where
1158  * buf is a part of memory mapped Lustre file, a lock or locks protecting buf
1159  * has to be held together with the usual lock on [offset, offset + count].
1160  *
1161  * Interaction with DLM
1162  *
1163  * In the expected setup, cl_lock is ultimately backed up by a collection of
1164  * DLM locks (struct ldlm_lock). Association between cl_lock and DLM lock is
1165  * implemented in osc layer, that also matches DLM events (ASTs, cancellation,
1166  * etc.) into cl_lock_operation calls. See struct osc_lock for a more detailed
1167  * description of interaction with DLM.
1168  */
1169
1170 /**
1171  * Lock description.
1172  */
1173 struct cl_lock_descr {
1174         /** Object this lock is granted for. */
1175         struct cl_object *cld_obj;
1176         /** Index of the first page protected by this lock. */
1177         pgoff_t           cld_start;
1178         /** Index of the last page (inclusive) protected by this lock. */
1179         pgoff_t           cld_end;
1180         /** Group ID, for group lock */
1181         __u64             cld_gid;
1182         /** Lock mode. */
1183         enum cl_lock_mode cld_mode;
1184         /**
1185          * flags to enqueue lock. A combination of bit-flags from
1186          * enum cl_enq_flags.
1187          */
1188         __u32             cld_enq_flags;
1189 };
1190
1191 #define DDESCR "%s(%d):[%lu, %lu]:%x"
1192 #define PDESCR(descr)                                                   \
1193         cl_lock_mode_name((descr)->cld_mode), (descr)->cld_mode,        \
1194         (descr)->cld_start, (descr)->cld_end, (descr)->cld_enq_flags
1195
1196 const char *cl_lock_mode_name(const enum cl_lock_mode mode);
1197
1198 /**
1199  * Layered client lock.
1200  */
1201 struct cl_lock {
1202         /** List of slices. Immutable after creation. */
1203         struct list_head      cll_layers;
1204         /** lock attribute, extent, cl_object, etc. */
1205         struct cl_lock_descr  cll_descr;
1206 };
1207
1208 /**
1209  * Per-layer part of cl_lock
1210  *
1211  * \see lov_lock, osc_lock
1212  */
1213 struct cl_lock_slice {
1214         struct cl_lock                  *cls_lock;
1215         /** Object slice corresponding to this lock slice. Immutable after
1216          * creation. */
1217         struct cl_object                *cls_obj;
1218         const struct cl_lock_operations *cls_ops;
1219         /** Linkage into cl_lock::cll_layers. Immutable after creation. */
1220         struct list_head                 cls_linkage;
1221 };
1222
1223 /**
1224  *
1225  * \see lov_lock_ops, osc_lock_ops
1226  */
1227 struct cl_lock_operations {
1228         /** @{ */
1229         /**
1230          * Attempts to enqueue the lock. Called top-to-bottom.
1231          *
1232          * \retval 0    this layer has enqueued the lock successfully
1233          * \retval >0   this layer has enqueued the lock, but need to wait on
1234          *              @anchor for resources
1235          * \retval -ve  failure
1236          *
1237          * \see lov_lock_enqueue(), osc_lock_enqueue()
1238          */
1239         int  (*clo_enqueue)(const struct lu_env *env,
1240                             const struct cl_lock_slice *slice,
1241                             struct cl_io *io, struct cl_sync_io *anchor);
1242         /**
1243          * Cancel a lock, release its DLM lock ref, while does not cancel the
1244          * DLM lock
1245          */
1246         void (*clo_cancel)(const struct lu_env *env,
1247                            const struct cl_lock_slice *slice);
1248         /** @} */
1249         /**
1250          * Destructor. Frees resources and the slice.
1251          *
1252          * \see lov_lock_fini(), osc_lock_fini()
1253          */
1254         void (*clo_fini)(const struct lu_env *env, struct cl_lock_slice *slice);
1255         /**
1256          * Optional debugging helper. Prints given lock slice.
1257          */
1258         int (*clo_print)(const struct lu_env *env,
1259                          void *cookie, lu_printer_t p,
1260                          const struct cl_lock_slice *slice);
1261 };
1262
1263 #define CL_LOCK_DEBUG(mask, env, lock, format, ...)                     \
1264 do {                                                                    \
1265         if (cfs_cdebug_show(mask, DEBUG_SUBSYSTEM)) {                   \
1266                 LIBCFS_DEBUG_MSG_DATA_DECL(msgdata, mask, NULL);        \
1267                 cl_lock_print(env, &msgdata, lu_cdebug_printer, lock);  \
1268                 CDEBUG(mask, format , ## __VA_ARGS__);                  \
1269         }                                                               \
1270 } while (0)
1271
1272 #define CL_LOCK_ASSERT(expr, env, lock) do {                            \
1273         if (likely(expr))                                               \
1274                 break;                                                  \
1275                                                                         \
1276         CL_LOCK_DEBUG(D_ERROR, env, lock, "failed at %s.\n", #expr);    \
1277         LBUG();                                                         \
1278 } while (0)
1279
1280 /** @} cl_lock */
1281
1282 /** \addtogroup cl_page_list cl_page_list
1283  * Page list used to perform collective operations on a group of pages.
1284  *
1285  * Pages are added to the list one by one. cl_page_list acquires a reference
1286  * for every page in it. Page list is used to perform collective operations on
1287  * pages:
1288  *
1289  *     - submit pages for an immediate transfer,
1290  *
1291  *     - own pages on behalf of certain io (waiting for each page in turn),
1292  *
1293  *     - discard pages.
1294  *
1295  * When list is finalized, it releases references on all pages it still has.
1296  *
1297  * \todo XXX concurrency control.
1298  *
1299  * @{
1300  */
1301 struct cl_page_list {
1302         unsigned                 pl_nr;
1303         struct list_head         pl_pages;
1304         struct task_struct      *pl_owner;
1305 };
1306
1307 /**
1308  * A 2-queue of pages. A convenience data-type for common use case, 2-queue
1309  * contains an incoming page list and an outgoing page list.
1310  */
1311 struct cl_2queue {
1312         struct cl_page_list c2_qin;
1313         struct cl_page_list c2_qout;
1314 };
1315
1316 /** @} cl_page_list */
1317
1318 /** \addtogroup cl_io cl_io
1319  * @{ */
1320 /** \struct cl_io
1321  * I/O
1322  *
1323  * cl_io represents a high level I/O activity like
1324  * read(2)/write(2)/truncate(2) system call, or cancellation of an extent
1325  * lock.
1326  *
1327  * cl_io is a layered object, much like cl_{object,page,lock} but with one
1328  * important distinction. We want to minimize number of calls to the allocator
1329  * in the fast path, e.g., in the case of read(2) when everything is cached:
1330  * client already owns the lock over region being read, and data are cached
1331  * due to read-ahead. To avoid allocation of cl_io layers in such situations,
1332  * per-layer io state is stored in the session, associated with the io, see
1333  * struct {vvp,lov,osc}_io for example. Sessions allocation is amortized
1334  * by using free-lists, see cl_env_get().
1335  *
1336  * There is a small predefined number of possible io types, enumerated in enum
1337  * cl_io_type.
1338  *
1339  * cl_io is a state machine, that can be advanced concurrently by the multiple
1340  * threads. It is up to these threads to control the concurrency and,
1341  * specifically, to detect when io is done, and its state can be safely
1342  * released.
1343  *
1344  * For read/write io overall execution plan is as following:
1345  *
1346  *     (0) initialize io state through all layers;
1347  *
1348  *     (1) loop: prepare chunk of work to do
1349  *
1350  *     (2) call all layers to collect locks they need to process current chunk
1351  *
1352  *     (3) sort all locks to avoid dead-locks, and acquire them
1353  *
1354  *     (4) process the chunk: call per-page methods
1355  *         cl_io_operations::cio_prepare_write(),
1356  *         cl_io_operations::cio_commit_write() for write)
1357  *
1358  *     (5) release locks
1359  *
1360  *     (6) repeat loop.
1361  *
1362  * To implement the "parallel IO mode", lov layer creates sub-io's (lazily to
1363  * address allocation efficiency issues mentioned above), and returns with the
1364  * special error condition from per-page method when current sub-io has to
1365  * block. This causes io loop to be repeated, and lov switches to the next
1366  * sub-io in its cl_io_operations::cio_iter_init() implementation.
1367  */
1368
1369 /** IO types */
1370 enum cl_io_type {
1371         /** read system call */
1372         CIT_READ = 1,
1373         /** write system call */
1374         CIT_WRITE,
1375         /** truncate, utime system calls */
1376         CIT_SETATTR,
1377         /** get data version */
1378         CIT_DATA_VERSION,
1379         /**
1380          * page fault handling
1381          */
1382         CIT_FAULT,
1383         /**
1384          * fsync system call handling
1385          * To write out a range of file
1386          */
1387         CIT_FSYNC,
1388         /**
1389          * glimpse. An io context to acquire glimpse lock.
1390          */
1391         CIT_GLIMPSE,
1392         /**
1393          * Miscellaneous io. This is used for occasional io activity that
1394          * doesn't fit into other types. Currently this is used for:
1395          *
1396          *     - cancellation of an extent lock. This io exists as a context
1397          *     to write dirty pages from under the lock being canceled back
1398          *     to the server;
1399          *
1400          *     - VM induced page write-out. An io context for writing page out
1401          *     for memory cleansing;
1402          *
1403          *     - grouplock. An io context to acquire group lock.
1404          *
1405          * CIT_MISC io is used simply as a context in which locks and pages
1406          * are manipulated. Such io has no internal "process", that is,
1407          * cl_io_loop() is never called for it.
1408          */
1409         CIT_MISC,
1410         /**
1411          * ladvise handling
1412          * To give advice about access of a file
1413          */
1414         CIT_LADVISE,
1415         CIT_OP_NR
1416 };
1417
1418 /**
1419  * States of cl_io state machine
1420  */
1421 enum cl_io_state {
1422         /** Not initialized. */
1423         CIS_ZERO,
1424         /** Initialized. */
1425         CIS_INIT,
1426         /** IO iteration started. */
1427         CIS_IT_STARTED,
1428         /** Locks taken. */
1429         CIS_LOCKED,
1430         /** Actual IO is in progress. */
1431         CIS_IO_GOING,
1432         /** IO for the current iteration finished. */
1433         CIS_IO_FINISHED,
1434         /** Locks released. */
1435         CIS_UNLOCKED,
1436         /** Iteration completed. */
1437         CIS_IT_ENDED,
1438         /** cl_io finalized. */
1439         CIS_FINI
1440 };
1441
1442 /**
1443  * IO state private for a layer.
1444  *
1445  * This is usually embedded into layer session data, rather than allocated
1446  * dynamically.
1447  *
1448  * \see vvp_io, lov_io, osc_io
1449  */
1450 struct cl_io_slice {
1451         struct cl_io                    *cis_io;
1452         /** corresponding object slice. Immutable after creation. */
1453         struct cl_object                *cis_obj;
1454         /** io operations. Immutable after creation. */
1455         const struct cl_io_operations   *cis_iop;
1456         /**
1457          * linkage into a list of all slices for a given cl_io, hanging off
1458          * cl_io::ci_layers. Immutable after creation.
1459          */
1460         struct list_head                cis_linkage;
1461 };
1462
1463 typedef void (*cl_commit_cbt)(const struct lu_env *, struct cl_io *,
1464                               struct cl_page *);
1465
1466 struct cl_read_ahead {
1467         /* Maximum page index the readahead window will end.
1468          * This is determined DLM lock coverage, RPC and stripe boundary.
1469          * cra_end is included. */
1470         pgoff_t cra_end;
1471         /* optimal RPC size for this read, by pages */
1472         unsigned long cra_rpc_size;
1473         /* Release callback. If readahead holds resources underneath, this
1474          * function should be called to release it. */
1475         void    (*cra_release)(const struct lu_env *env, void *cbdata);
1476         /* Callback data for cra_release routine */
1477         void    *cra_cbdata;
1478 };
1479
1480 static inline void cl_read_ahead_release(const struct lu_env *env,
1481                                          struct cl_read_ahead *ra)
1482 {
1483         if (ra->cra_release != NULL)
1484                 ra->cra_release(env, ra->cra_cbdata);
1485         memset(ra, 0, sizeof(*ra));
1486 }
1487
1488
1489 /**
1490  * Per-layer io operations.
1491  * \see vvp_io_ops, lov_io_ops, lovsub_io_ops, osc_io_ops
1492  */
1493 struct cl_io_operations {
1494         /**
1495          * Vector of io state transition methods for every io type.
1496          *
1497          * \see cl_page_operations::io
1498          */
1499         struct {
1500                 /**
1501                  * Prepare io iteration at a given layer.
1502                  *
1503                  * Called top-to-bottom at the beginning of each iteration of
1504                  * "io loop" (if it makes sense for this type of io). Here
1505                  * layer selects what work it will do during this iteration.
1506                  *
1507                  * \see cl_io_operations::cio_iter_fini()
1508                  */
1509                 int (*cio_iter_init) (const struct lu_env *env,
1510                                       const struct cl_io_slice *slice);
1511                 /**
1512                  * Finalize io iteration.
1513                  *
1514                  * Called bottom-to-top at the end of each iteration of "io
1515                  * loop". Here layers can decide whether IO has to be
1516                  * continued.
1517                  *
1518                  * \see cl_io_operations::cio_iter_init()
1519                  */
1520                 void (*cio_iter_fini) (const struct lu_env *env,
1521                                        const struct cl_io_slice *slice);
1522                 /**
1523                  * Collect locks for the current iteration of io.
1524                  *
1525                  * Called top-to-bottom to collect all locks necessary for
1526                  * this iteration. This methods shouldn't actually enqueue
1527                  * anything, instead it should post a lock through
1528                  * cl_io_lock_add(). Once all locks are collected, they are
1529                  * sorted and enqueued in the proper order.
1530                  */
1531                 int  (*cio_lock) (const struct lu_env *env,
1532                                   const struct cl_io_slice *slice);
1533                 /**
1534                  * Finalize unlocking.
1535                  *
1536                  * Called bottom-to-top to finish layer specific unlocking
1537                  * functionality, after generic code released all locks
1538                  * acquired by cl_io_operations::cio_lock().
1539                  */
1540                 void  (*cio_unlock)(const struct lu_env *env,
1541                                     const struct cl_io_slice *slice);
1542                 /**
1543                  * Start io iteration.
1544                  *
1545                  * Once all locks are acquired, called top-to-bottom to
1546                  * commence actual IO. In the current implementation,
1547                  * top-level vvp_io_{read,write}_start() does all the work
1548                  * synchronously by calling generic_file_*(), so other layers
1549                  * are called when everything is done.
1550                  */
1551                 int  (*cio_start)(const struct lu_env *env,
1552                                   const struct cl_io_slice *slice);
1553                 /**
1554                  * Called top-to-bottom at the end of io loop. Here layer
1555                  * might wait for an unfinished asynchronous io.
1556                  */
1557                 void (*cio_end)  (const struct lu_env *env,
1558                                   const struct cl_io_slice *slice);
1559                 /**
1560                  * Called bottom-to-top to notify layers that read/write IO
1561                  * iteration finished, with \a nob bytes transferred.
1562                  */
1563                 void (*cio_advance)(const struct lu_env *env,
1564                                     const struct cl_io_slice *slice,
1565                                     size_t nob);
1566                 /**
1567                  * Called once per io, bottom-to-top to release io resources.
1568                  */
1569                 void (*cio_fini) (const struct lu_env *env,
1570                                   const struct cl_io_slice *slice);
1571         } op[CIT_OP_NR];
1572
1573         /**
1574          * Submit pages from \a queue->c2_qin for IO, and move
1575          * successfully submitted pages into \a queue->c2_qout. Return
1576          * non-zero if failed to submit even the single page. If
1577          * submission failed after some pages were moved into \a
1578          * queue->c2_qout, completion callback with non-zero ioret is
1579          * executed on them.
1580          */
1581         int  (*cio_submit)(const struct lu_env *env,
1582                         const struct cl_io_slice *slice,
1583                         enum cl_req_type crt,
1584                         struct cl_2queue *queue);
1585         /**
1586          * Queue async page for write.
1587          * The difference between cio_submit and cio_queue is that
1588          * cio_submit is for urgent request.
1589          */
1590         int  (*cio_commit_async)(const struct lu_env *env,
1591                         const struct cl_io_slice *slice,
1592                         struct cl_page_list *queue, int from, int to,
1593                         cl_commit_cbt cb);
1594         /**
1595          * Decide maximum read ahead extent
1596          *
1597          * \pre io->ci_type == CIT_READ
1598          */
1599         int (*cio_read_ahead)(const struct lu_env *env,
1600                               const struct cl_io_slice *slice,
1601                               pgoff_t start, struct cl_read_ahead *ra);
1602         /**
1603          * Optional debugging helper. Print given io slice.
1604          */
1605         int (*cio_print)(const struct lu_env *env, void *cookie,
1606                          lu_printer_t p, const struct cl_io_slice *slice);
1607 };
1608
1609 /**
1610  * Flags to lock enqueue procedure.
1611  * \ingroup cl_lock
1612  */
1613 enum cl_enq_flags {
1614         /**
1615          * instruct server to not block, if conflicting lock is found. Instead
1616          * -EWOULDBLOCK is returned immediately.
1617          */
1618         CEF_NONBLOCK     = 0x00000001,
1619         /**
1620          * Tell lower layers this is a glimpse request, translated to
1621          * LDLM_FL_HAS_INTENT at LDLM layer.
1622          *
1623          * Also, because glimpse locks never block other locks, we count this
1624          * as automatically compatible with other osc locks.
1625          * (see osc_lock_compatible)
1626          */
1627         CEF_GLIMPSE        = 0x00000002,
1628         /**
1629          * tell the server to instruct (though a flag in the blocking ast) an
1630          * owner of the conflicting lock, that it can drop dirty pages
1631          * protected by this lock, without sending them to the server.
1632          */
1633         CEF_DISCARD_DATA = 0x00000004,
1634         /**
1635          * tell the sub layers that it must be a `real' lock. This is used for
1636          * mmapped-buffer locks, glimpse locks, manually requested locks
1637          * (LU_LADVISE_LOCKAHEAD) that must never be converted into lockless
1638          * mode.
1639          *
1640          * \see vvp_mmap_locks(), cl_glimpse_lock, cl_request_lock().
1641          */
1642         CEF_MUST         = 0x00000008,
1643         /**
1644          * tell the sub layers that never request a `real' lock. This flag is
1645          * not used currently.
1646          *
1647          * cl_io::ci_lockreq and CEF_{MUST,NEVER} flags specify lockless
1648          * conversion policy: ci_lockreq describes generic information of lock
1649          * requirement for this IO, especially for locks which belong to the
1650          * object doing IO; however, lock itself may have precise requirements
1651          * that are described by the enqueue flags.
1652          */
1653         CEF_NEVER        = 0x00000010,
1654         /**
1655          * tell the dlm layer this is a speculative lock request
1656          * speculative lock requests are locks which are not requested as part
1657          * of an I/O operation.  Instead, they are requested because we expect
1658          * to use them in the future.  They are requested asynchronously at the
1659          * ptlrpc layer.
1660          *
1661          * Currently used for asynchronous glimpse locks and manually requested
1662          * locks (LU_LADVISE_LOCKAHEAD).
1663          */
1664         CEF_SPECULATIVE          = 0x00000020,
1665         /**
1666          * enqueue a lock to test DLM lock existence.
1667          */
1668         CEF_PEEK        = 0x00000040,
1669         /**
1670          * Lock match only. Used by group lock in I/O as group lock
1671          * is known to exist.
1672          */
1673         CEF_LOCK_MATCH  = 0x00000080,
1674         /**
1675          * tell the DLM layer to lock only the requested range
1676          */
1677         CEF_LOCK_NO_EXPAND    = 0x00000100,
1678         /**
1679          * mask of enq_flags.
1680          */
1681         CEF_MASK         = 0x000001ff,
1682 };
1683
1684 /**
1685  * Link between lock and io. Intermediate structure is needed, because the
1686  * same lock can be part of multiple io's simultaneously.
1687  */
1688 struct cl_io_lock_link {
1689         /** linkage into one of cl_lockset lists. */
1690         struct list_head        cill_linkage;
1691         struct cl_lock          cill_lock;
1692         /** optional destructor */
1693         void                    (*cill_fini)(const struct lu_env *env,
1694                                              struct cl_io_lock_link *link);
1695 };
1696 #define cill_descr      cill_lock.cll_descr
1697
1698 /**
1699  * Lock-set represents a collection of locks, that io needs at a
1700  * time. Generally speaking, client tries to avoid holding multiple locks when
1701  * possible, because
1702  *
1703  *      - holding extent locks over multiple ost's introduces the danger of
1704  *        "cascading timeouts";
1705  *
1706  *      - holding multiple locks over the same ost is still dead-lock prone,
1707  *        see comment in osc_lock_enqueue(),
1708  *
1709  * but there are certain situations where this is unavoidable:
1710  *
1711  *      - O_APPEND writes have to take [0, EOF] lock for correctness;
1712  *
1713  *      - truncate has to take [new-size, EOF] lock for correctness;
1714  *
1715  *      - SNS has to take locks across full stripe for correctness;
1716  *
1717  *      - in the case when user level buffer, supplied to {read,write}(file0),
1718  *        is a part of a memory mapped lustre file, client has to take a dlm
1719  *        locks on file0, and all files that back up the buffer (or a part of
1720  *        the buffer, that is being processed in the current chunk, in any
1721  *        case, there are situations where at least 2 locks are necessary).
1722  *
1723  * In such cases we at least try to take locks in the same consistent
1724  * order. To this end, all locks are first collected, then sorted, and then
1725  * enqueued.
1726  */
1727 struct cl_lockset {
1728         /** locks to be acquired. */
1729         struct list_head  cls_todo;
1730         /** locks acquired. */
1731         struct list_head  cls_done;
1732 };
1733
1734 /**
1735  * Lock requirements(demand) for IO. It should be cl_io_lock_req,
1736  * but 'req' is always to be thought as 'request' :-)
1737  */
1738 enum cl_io_lock_dmd {
1739         /** Always lock data (e.g., O_APPEND). */
1740         CILR_MANDATORY = 0,
1741         /** Layers are free to decide between local and global locking. */
1742         CILR_MAYBE,
1743         /** Never lock: there is no cache (e.g., liblustre). */
1744         CILR_NEVER
1745 };
1746
1747 enum cl_fsync_mode {
1748         /** start writeback, do not wait for them to finish */
1749         CL_FSYNC_NONE  = 0,
1750         /** start writeback and wait for them to finish */
1751         CL_FSYNC_LOCAL = 1,
1752         /** discard all of dirty pages in a specific file range */
1753         CL_FSYNC_DISCARD = 2,
1754         /** start writeback and make sure they have reached storage before
1755          * return. OST_SYNC RPC must be issued and finished */
1756         CL_FSYNC_ALL   = 3
1757 };
1758
1759 struct cl_io_rw_common {
1760         loff_t  crw_pos;
1761         size_t  crw_count;
1762         int     crw_nonblock;
1763 };
1764
1765 /**
1766  * State for io.
1767  *
1768  * cl_io is shared by all threads participating in this IO (in current
1769  * implementation only one thread advances IO, but parallel IO design and
1770  * concurrent copy_*_user() require multiple threads acting on the same IO. It
1771  * is up to these threads to serialize their activities, including updates to
1772  * mutable cl_io fields.
1773  */
1774 struct cl_io {
1775         /** type of this IO. Immutable after creation. */
1776         enum cl_io_type                ci_type;
1777         /** current state of cl_io state machine. */
1778         enum cl_io_state               ci_state;
1779         /** main object this io is against. Immutable after creation. */
1780         struct cl_object              *ci_obj;
1781         /**
1782          * Upper layer io, of which this io is a part of. Immutable after
1783          * creation.
1784          */
1785         struct cl_io                  *ci_parent;
1786         /** List of slices. Immutable after creation. */
1787         struct list_head                ci_layers;
1788         /** list of locks (to be) acquired by this io. */
1789         struct cl_lockset              ci_lockset;
1790         /** lock requirements, this is just a help info for sublayers. */
1791         enum cl_io_lock_dmd            ci_lockreq;
1792         /** layout version when this IO occurs */
1793         __u32                           ci_layout_version;
1794         union {
1795                 struct cl_rd_io {
1796                         struct cl_io_rw_common rd;
1797                 } ci_rd;
1798                 struct cl_wr_io {
1799                         struct cl_io_rw_common wr;
1800                         int                    wr_append;
1801                         int                    wr_sync;
1802                 } ci_wr;
1803                 struct cl_io_rw_common ci_rw;
1804                 struct cl_setattr_io {
1805                         struct ost_lvb           sa_attr;
1806                         unsigned int             sa_attr_flags;
1807                         unsigned int             sa_avalid; /* ATTR_* */
1808                         unsigned int             sa_xvalid; /* OP_XVALID */
1809                         int                      sa_stripe_index;
1810                         struct ost_layout        sa_layout;
1811                         const struct lu_fid     *sa_parent_fid;
1812                 } ci_setattr;
1813                 struct cl_data_version_io {
1814                         u64 dv_data_version;
1815                         u32 dv_layout_version;
1816                         int dv_flags;
1817                 } ci_data_version;
1818                 struct cl_fault_io {
1819                         /** page index within file. */
1820                         pgoff_t         ft_index;
1821                         /** bytes valid byte on a faulted page. */
1822                         size_t          ft_nob;
1823                         /** writable page? for nopage() only */
1824                         int             ft_writable;
1825                         /** page of an executable? */
1826                         int             ft_executable;
1827                         /** page_mkwrite() */
1828                         int             ft_mkwrite;
1829                         /** resulting page */
1830                         struct cl_page *ft_page;
1831                 } ci_fault;
1832                 struct cl_fsync_io {
1833                         loff_t             fi_start;
1834                         loff_t             fi_end;
1835                         /** file system level fid */
1836                         struct lu_fid     *fi_fid;
1837                         enum cl_fsync_mode fi_mode;
1838                         /* how many pages were written/discarded */
1839                         unsigned int       fi_nr_written;
1840                 } ci_fsync;
1841                 struct cl_ladvise_io {
1842                         __u64                    li_start;
1843                         __u64                    li_end;
1844                         /** file system level fid */
1845                         struct lu_fid           *li_fid;
1846                         enum lu_ladvise_type     li_advice;
1847                         __u64                    li_flags;
1848                 } ci_ladvise;
1849         } u;
1850         struct cl_2queue     ci_queue;
1851         size_t               ci_nob;
1852         int                  ci_result;
1853         unsigned int         ci_continue:1,
1854         /**
1855          * This io has held grouplock, to inform sublayers that
1856          * don't do lockless i/o.
1857          */
1858                              ci_no_srvlock:1,
1859         /**
1860          * The whole IO need to be restarted because layout has been changed
1861          */
1862                              ci_need_restart:1,
1863         /**
1864          * to not refresh layout - the IO issuer knows that the layout won't
1865          * change(page operations, layout change causes all page to be
1866          * discarded), or it doesn't matter if it changes(sync).
1867          */
1868                              ci_ignore_layout:1,
1869         /**
1870          * Need MDS intervention to complete a write.
1871          * Write intent is required for the following cases:
1872          * 1. component being written is not initialized, or
1873          * 2. the mirrored files are NOT in WRITE_PENDING state.
1874          */
1875                              ci_need_write_intent:1,
1876         /**
1877          * Check if layout changed after the IO finishes. Mainly for HSM
1878          * requirement. If IO occurs to openning files, it doesn't need to
1879          * verify layout because HSM won't release openning files.
1880          * Right now, only two opertaions need to verify layout: glimpse
1881          * and setattr.
1882          */
1883                              ci_verify_layout:1,
1884         /**
1885          * file is released, restore has to to be triggered by vvp layer
1886          */
1887                              ci_restore_needed:1,
1888         /**
1889          * O_NOATIME
1890          */
1891                              ci_noatime:1,
1892         /* Tell sublayers not to expand LDLM locks requested for this IO */
1893                              ci_lock_no_expand:1,
1894         /**
1895          * Set if non-delay RPC should be used for this IO.
1896          *
1897          * If this file has multiple mirrors, and if the OSTs of the current
1898          * mirror is inaccessible, non-delay RPC would error out quickly so
1899          * that the upper layer can try to access the next mirror.
1900          */
1901                              ci_ndelay:1;
1902         /**
1903          * How many times the read has retried before this one.
1904          * Set by the top level and consumed by the LOV.
1905          */
1906         unsigned             ci_ndelay_tried;
1907         /**
1908          * Designated mirror index for this I/O.
1909          */
1910         unsigned             ci_designated_mirror;
1911         /**
1912          * Number of pages owned by this IO. For invariant checking.
1913          */
1914         unsigned             ci_owned_nr;
1915         /**
1916          * Range of write intent. Valid if ci_need_write_intent is set.
1917          */
1918         struct lu_extent        ci_write_intent;
1919 };
1920
1921 /** @} cl_io */
1922
1923 /**
1924  * Per-transfer attributes.
1925  */
1926 struct cl_req_attr {
1927         enum cl_req_type cra_type;
1928         u64              cra_flags;
1929         struct cl_page  *cra_page;
1930         /** Generic attributes for the server consumption. */
1931         struct obdo     *cra_oa;
1932         /** Jobid */
1933         char             cra_jobid[LUSTRE_JOBID_SIZE];
1934 };
1935
1936 enum cache_stats_item {
1937         /** how many cache lookups were performed */
1938         CS_lookup = 0,
1939         /** how many times cache lookup resulted in a hit */
1940         CS_hit,
1941         /** how many entities are in the cache right now */
1942         CS_total,
1943         /** how many entities in the cache are actively used (and cannot be
1944          * evicted) right now */
1945         CS_busy,
1946         /** how many entities were created at all */
1947         CS_create,
1948         CS_NR
1949 };
1950
1951 #define CS_NAMES { "lookup", "hit", "total", "busy", "create" }
1952
1953 /**
1954  * Stats for a generic cache (similar to inode, lu_object, etc. caches).
1955  */
1956 struct cache_stats {
1957         const char      *cs_name;
1958         atomic_t        cs_stats[CS_NR];
1959 };
1960
1961 /** These are not exported so far */
1962 void cache_stats_init (struct cache_stats *cs, const char *name);
1963
1964 /**
1965  * Client-side site. This represents particular client stack. "Global"
1966  * variables should (directly or indirectly) be added here to allow multiple
1967  * clients to co-exist in the single address space.
1968  */
1969 struct cl_site {
1970         struct lu_site          cs_lu;
1971         /**
1972          * Statistical counters. Atomics do not scale, something better like
1973          * per-cpu counters is needed.
1974          *
1975          * These are exported as /proc/fs/lustre/llite/.../site
1976          *
1977          * When interpreting keep in mind that both sub-locks (and sub-pages)
1978          * and top-locks (and top-pages) are accounted here.
1979          */
1980         struct cache_stats      cs_pages;
1981         atomic_t                cs_pages_state[CPS_NR];
1982 };
1983
1984 int  cl_site_init(struct cl_site *s, struct cl_device *top);
1985 void cl_site_fini(struct cl_site *s);
1986 void cl_stack_fini(const struct lu_env *env, struct cl_device *cl);
1987
1988 /**
1989  * Output client site statistical counters into a buffer. Suitable for
1990  * ll_rd_*()-style functions.
1991  */
1992 int cl_site_stats_print(const struct cl_site *site, struct seq_file *m);
1993
1994 /**
1995  * \name helpers
1996  *
1997  * Type conversion and accessory functions.
1998  */
1999 /** @{ */
2000
2001 static inline struct cl_site *lu2cl_site(const struct lu_site *site)
2002 {
2003         return container_of(site, struct cl_site, cs_lu);
2004 }
2005
2006 static inline struct cl_device *lu2cl_dev(const struct lu_device *d)
2007 {
2008         LASSERT(d == NULL || IS_ERR(d) || lu_device_is_cl(d));
2009         return container_of0(d, struct cl_device, cd_lu_dev);
2010 }
2011
2012 static inline struct lu_device *cl2lu_dev(struct cl_device *d)
2013 {
2014         return &d->cd_lu_dev;
2015 }
2016
2017 static inline struct cl_object *lu2cl(const struct lu_object *o)
2018 {
2019         LASSERT(o == NULL || IS_ERR(o) || lu_device_is_cl(o->lo_dev));
2020         return container_of0(o, struct cl_object, co_lu);
2021 }
2022
2023 static inline const struct cl_object_conf *
2024 lu2cl_conf(const struct lu_object_conf *conf)
2025 {
2026         return container_of0(conf, struct cl_object_conf, coc_lu);
2027 }
2028
2029 static inline struct cl_object *cl_object_next(const struct cl_object *obj)
2030 {
2031         return obj ? lu2cl(lu_object_next(&obj->co_lu)) : NULL;
2032 }
2033
2034 static inline struct cl_object_header *luh2coh(const struct lu_object_header *h)
2035 {
2036         return container_of0(h, struct cl_object_header, coh_lu);
2037 }
2038
2039 static inline struct cl_site *cl_object_site(const struct cl_object *obj)
2040 {
2041         return lu2cl_site(obj->co_lu.lo_dev->ld_site);
2042 }
2043
2044 static inline
2045 struct cl_object_header *cl_object_header(const struct cl_object *obj)
2046 {
2047         return luh2coh(obj->co_lu.lo_header);
2048 }
2049
2050 static inline int cl_device_init(struct cl_device *d, struct lu_device_type *t)
2051 {
2052         return lu_device_init(&d->cd_lu_dev, t);
2053 }
2054
2055 static inline void cl_device_fini(struct cl_device *d)
2056 {
2057         lu_device_fini(&d->cd_lu_dev);
2058 }
2059
2060 void cl_page_slice_add(struct cl_page *page, struct cl_page_slice *slice,
2061                        struct cl_object *obj, pgoff_t index,
2062                        const struct cl_page_operations *ops);
2063 void cl_lock_slice_add(struct cl_lock *lock, struct cl_lock_slice *slice,
2064                        struct cl_object *obj,
2065                        const struct cl_lock_operations *ops);
2066 void cl_io_slice_add(struct cl_io *io, struct cl_io_slice *slice,
2067                      struct cl_object *obj, const struct cl_io_operations *ops);
2068 /** @} helpers */
2069
2070 /** \defgroup cl_object cl_object
2071  * @{ */
2072 struct cl_object *cl_object_top (struct cl_object *o);
2073 struct cl_object *cl_object_find(const struct lu_env *env, struct cl_device *cd,
2074                                  const struct lu_fid *fid,
2075                                  const struct cl_object_conf *c);
2076
2077 int  cl_object_header_init(struct cl_object_header *h);
2078 void cl_object_header_fini(struct cl_object_header *h);
2079 void cl_object_put        (const struct lu_env *env, struct cl_object *o);
2080 void cl_object_get        (struct cl_object *o);
2081 void cl_object_attr_lock  (struct cl_object *o);
2082 void cl_object_attr_unlock(struct cl_object *o);
2083 int  cl_object_attr_get(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2084                         struct cl_attr *attr);
2085 int  cl_object_attr_update(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2086                            const struct cl_attr *attr, unsigned valid);
2087 int  cl_object_glimpse    (const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2088                            struct ost_lvb *lvb);
2089 int  cl_conf_set          (const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2090                            const struct cl_object_conf *conf);
2091 int  cl_object_prune      (const struct lu_env *env, struct cl_object *obj);
2092 void cl_object_kill       (const struct lu_env *env, struct cl_object *obj);
2093 int cl_object_getstripe(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2094                         struct lov_user_md __user *lum, size_t size);
2095 int cl_object_fiemap(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2096                      struct ll_fiemap_info_key *fmkey, struct fiemap *fiemap,
2097                      size_t *buflen);
2098 int cl_object_layout_get(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2099                          struct cl_layout *cl);
2100 loff_t cl_object_maxbytes(struct cl_object *obj);
2101
2102 /**
2103  * Returns true, iff \a o0 and \a o1 are slices of the same object.
2104  */
2105 static inline int cl_object_same(struct cl_object *o0, struct cl_object *o1)
2106 {
2107         return cl_object_header(o0) == cl_object_header(o1);
2108 }
2109
2110 static inline void cl_object_page_init(struct cl_object *clob, int size)
2111 {
2112         clob->co_slice_off = cl_object_header(clob)->coh_page_bufsize;
2113         cl_object_header(clob)->coh_page_bufsize += cfs_size_round(size);
2114         WARN_ON(cl_object_header(clob)->coh_page_bufsize > 512);
2115 }
2116
2117 static inline void *cl_object_page_slice(struct cl_object *clob,
2118                                          struct cl_page *page)
2119 {
2120         return (void *)((char *)page + clob->co_slice_off);
2121 }
2122
2123 /**
2124  * Return refcount of cl_object.
2125  */
2126 static inline int cl_object_refc(struct cl_object *clob)
2127 {
2128         struct lu_object_header *header = clob->co_lu.lo_header;
2129         return atomic_read(&header->loh_ref);
2130 }
2131
2132 /** @} cl_object */
2133
2134 /** \defgroup cl_page cl_page
2135  * @{ */
2136 enum {
2137         CLP_GANG_OKAY = 0,
2138         CLP_GANG_RESCHED,
2139         CLP_GANG_AGAIN,
2140         CLP_GANG_ABORT
2141 };
2142 /* callback of cl_page_gang_lookup() */
2143
2144 struct cl_page *cl_page_find        (const struct lu_env *env,
2145                                      struct cl_object *obj,
2146                                      pgoff_t idx, struct page *vmpage,
2147                                      enum cl_page_type type);
2148 struct cl_page *cl_page_alloc       (const struct lu_env *env,
2149                                      struct cl_object *o, pgoff_t ind,
2150                                      struct page *vmpage,
2151                                      enum cl_page_type type);
2152 void            cl_page_get         (struct cl_page *page);
2153 void            cl_page_put         (const struct lu_env *env,
2154                                      struct cl_page *page);
2155 void            cl_pagevec_put      (const struct lu_env *env,
2156                                      struct cl_page *page,
2157                                      struct pagevec *pvec);
2158 void            cl_page_print       (const struct lu_env *env, void *cookie,
2159                                      lu_printer_t printer,
2160                                      const struct cl_page *pg);
2161 void            cl_page_header_print(const struct lu_env *env, void *cookie,
2162                                      lu_printer_t printer,
2163                                      const struct cl_page *pg);
2164 struct cl_page *cl_vmpage_page      (struct page *vmpage, struct cl_object *obj);
2165 struct cl_page *cl_page_top         (struct cl_page *page);
2166
2167 const struct cl_page_slice *cl_page_at(const struct cl_page *page,
2168                                        const struct lu_device_type *dtype);
2169
2170 /**
2171  * \name ownership
2172  *
2173  * Functions dealing with the ownership of page by io.
2174  */
2175 /** @{ */
2176
2177 int  cl_page_own        (const struct lu_env *env,
2178                          struct cl_io *io, struct cl_page *page);
2179 int  cl_page_own_try    (const struct lu_env *env,
2180                          struct cl_io *io, struct cl_page *page);
2181 void cl_page_assume     (const struct lu_env *env,
2182                          struct cl_io *io, struct cl_page *page);
2183 void cl_page_unassume   (const struct lu_env *env,
2184                          struct cl_io *io, struct cl_page *pg);
2185 void cl_page_disown     (const struct lu_env *env,
2186                          struct cl_io *io, struct cl_page *page);
2187 int  cl_page_is_owned   (const struct cl_page *pg, const struct cl_io *io);
2188
2189 /** @} ownership */
2190
2191 /**
2192  * \name transfer
2193  *
2194  * Functions dealing with the preparation of a page for a transfer, and
2195  * tracking transfer state.
2196  */
2197 /** @{ */
2198 int  cl_page_prep       (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2199                          struct cl_page *pg, enum cl_req_type crt);
2200 void cl_page_completion (const struct lu_env *env,
2201                          struct cl_page *pg, enum cl_req_type crt, int ioret);
2202 int  cl_page_make_ready (const struct lu_env *env, struct cl_page *pg,
2203                          enum cl_req_type crt);
2204 int  cl_page_cache_add  (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2205                          struct cl_page *pg, enum cl_req_type crt);
2206 void cl_page_clip       (const struct lu_env *env, struct cl_page *pg,
2207                          int from, int to);
2208 int  cl_page_cancel     (const struct lu_env *env, struct cl_page *page);
2209 int  cl_page_flush      (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2210                          struct cl_page *pg);
2211
2212 /** @} transfer */
2213
2214
2215 /**
2216  * \name helper routines
2217  * Functions to discard, delete and export a cl_page.
2218  */
2219 /** @{ */
2220 void    cl_page_discard(const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2221                         struct cl_page *pg);
2222 void    cl_page_delete(const struct lu_env *env, struct cl_page *pg);
2223 int     cl_page_is_vmlocked(const struct lu_env *env,
2224                             const struct cl_page *pg);
2225 void    cl_page_touch(const struct lu_env *env, const struct cl_page *pg,
2226                       size_t to);
2227 void    cl_page_export(const struct lu_env *env,
2228                        struct cl_page *pg, int uptodate);
2229 loff_t  cl_offset(const struct cl_object *obj, pgoff_t idx);
2230 pgoff_t cl_index(const struct cl_object *obj, loff_t offset);
2231 size_t  cl_page_size(const struct cl_object *obj);
2232
2233 void cl_lock_print(const struct lu_env *env, void *cookie,
2234                    lu_printer_t printer, const struct cl_lock *lock);
2235 void cl_lock_descr_print(const struct lu_env *env, void *cookie,
2236                          lu_printer_t printer,
2237                          const struct cl_lock_descr *descr);
2238 /* @} helper */
2239
2240 /**
2241  * Data structure managing a client's cached pages. A count of
2242  * "unstable" pages is maintained, and an LRU of clean pages is
2243  * maintained. "unstable" pages are pages pinned by the ptlrpc
2244  * layer for recovery purposes.
2245  */
2246 struct cl_client_cache {
2247         /**
2248          * # of client cache refcount
2249          * # of users (OSCs) + 2 (held by llite and lov)
2250          */
2251         atomic_t                ccc_users;
2252         /**
2253          * # of threads are doing shrinking
2254          */
2255         unsigned int            ccc_lru_shrinkers;
2256         /**
2257          * # of LRU entries available
2258          */
2259         atomic_long_t           ccc_lru_left;
2260         /**
2261          * List of entities(OSCs) for this LRU cache
2262          */
2263         struct list_head        ccc_lru;
2264         /**
2265          * Max # of LRU entries
2266          */
2267         unsigned long           ccc_lru_max;
2268         /**
2269          * Lock to protect ccc_lru list
2270          */
2271         spinlock_t              ccc_lru_lock;
2272         /**
2273          * Set if unstable check is enabled
2274          */
2275         unsigned int            ccc_unstable_check:1;
2276         /**
2277          * # of unstable pages for this mount point
2278          */
2279         atomic_long_t           ccc_unstable_nr;
2280         /**
2281          * Waitq for awaiting unstable pages to reach zero.
2282          * Used at umounting time and signaled on BRW commit
2283          */
2284         wait_queue_head_t       ccc_unstable_waitq;
2285 };
2286 /**
2287  * cl_cache functions
2288  */
2289 struct cl_client_cache *cl_cache_init(unsigned long lru_page_max);
2290 void cl_cache_incref(struct cl_client_cache *cache);
2291 void cl_cache_decref(struct cl_client_cache *cache);
2292
2293 /** @} cl_page */
2294
2295 /** \defgroup cl_lock cl_lock
2296  * @{ */
2297 int cl_lock_request(const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2298                     struct cl_lock *lock);
2299 int cl_lock_init(const struct lu_env *env, struct cl_lock *lock,
2300                  const struct cl_io *io);
2301 void cl_lock_fini(const struct lu_env *env, struct cl_lock *lock);
2302 const struct cl_lock_slice *cl_lock_at(const struct cl_lock *lock,
2303                                        const struct lu_device_type *dtype);
2304 void cl_lock_release(const struct lu_env *env, struct cl_lock *lock);
2305
2306 int cl_lock_enqueue(const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2307                     struct cl_lock *lock, struct cl_sync_io *anchor);
2308 void cl_lock_cancel(const struct lu_env *env, struct cl_lock *lock);
2309
2310 /** @} cl_lock */
2311
2312 /** \defgroup cl_io cl_io
2313  * @{ */
2314
2315 int   cl_io_init         (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2316                           enum cl_io_type iot, struct cl_object *obj);
2317 int   cl_io_sub_init     (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2318                           enum cl_io_type iot, struct cl_object *obj);
2319 int   cl_io_rw_init      (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2320                           enum cl_io_type iot, loff_t pos, size_t count);
2321 int   cl_io_loop         (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2322
2323 void  cl_io_fini         (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2324 int   cl_io_iter_init    (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2325 void  cl_io_iter_fini    (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2326 int   cl_io_lock         (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2327 void  cl_io_unlock       (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2328 int   cl_io_start        (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2329 void  cl_io_end          (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2330 int   cl_io_lock_add     (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2331                           struct cl_io_lock_link *link);
2332 int   cl_io_lock_alloc_add(const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2333                            struct cl_lock_descr *descr);
2334 int   cl_io_submit_rw    (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2335                           enum cl_req_type iot, struct cl_2queue *queue);
2336 int   cl_io_submit_sync  (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2337                           enum cl_req_type iot, struct cl_2queue *queue,
2338                           long timeout);
2339 int   cl_io_commit_async (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2340                           struct cl_page_list *queue, int from, int to,
2341                           cl_commit_cbt cb);
2342 int   cl_io_read_ahead   (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2343                           pgoff_t start, struct cl_read_ahead *ra);
2344 void  cl_io_rw_advance   (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2345                           size_t nob);
2346 int   cl_io_cancel       (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2347                           struct cl_page_list *queue);
2348
2349 /**
2350  * True, iff \a io is an O_APPEND write(2).
2351  */
2352 static inline int cl_io_is_append(const struct cl_io *io)
2353 {
2354         return io->ci_type == CIT_WRITE && io->u.ci_wr.wr_append;
2355 }
2356
2357 static inline int cl_io_is_sync_write(const struct cl_io *io)
2358 {
2359         return io->ci_type == CIT_WRITE && io->u.ci_wr.wr_sync;
2360 }
2361
2362 static inline int cl_io_is_mkwrite(const struct cl_io *io)
2363 {
2364         return io->ci_type == CIT_FAULT && io->u.ci_fault.ft_mkwrite;
2365 }
2366
2367 /**
2368  * True, iff \a io is a truncate(2).
2369  */
2370 static inline int cl_io_is_trunc(const struct cl_io *io)
2371 {
2372         return io->ci_type == CIT_SETATTR &&
2373                 (io->u.ci_setattr.sa_avalid & ATTR_SIZE);
2374 }
2375
2376 struct cl_io *cl_io_top(struct cl_io *io);
2377
2378 void cl_io_print(const struct lu_env *env, void *cookie,
2379                  lu_printer_t printer, const struct cl_io *io);
2380
2381 #define CL_IO_SLICE_CLEAN(foo_io, base)                                 \
2382 do {                                                                    \
2383         typeof(foo_io) __foo_io = (foo_io);                             \
2384                                                                         \
2385         memset(&__foo_io->base, 0,                                      \
2386                sizeof(*__foo_io) - offsetof(typeof(*__foo_io), base));  \
2387 } while (0)
2388
2389 /** @} cl_io */
2390
2391 /** \defgroup cl_page_list cl_page_list
2392  * @{ */
2393
2394 /**
2395  * Last page in the page list.
2396  */
2397 static inline struct cl_page *cl_page_list_last(struct cl_page_list *plist)
2398 {
2399         LASSERT(plist->pl_nr > 0);
2400         return list_entry(plist->pl_pages.prev, struct cl_page, cp_batch);
2401 }
2402
2403 static inline struct cl_page *cl_page_list_first(struct cl_page_list *plist)
2404 {
2405         LASSERT(plist->pl_nr > 0);
2406         return list_entry(plist->pl_pages.next, struct cl_page, cp_batch);
2407 }
2408
2409 /**
2410  * Iterate over pages in a page list.
2411  */
2412 #define cl_page_list_for_each(page, list)                               \
2413         list_for_each_entry((page), &(list)->pl_pages, cp_batch)
2414
2415 /**
2416  * Iterate over pages in a page list, taking possible removals into account.
2417  */
2418 #define cl_page_list_for_each_safe(page, temp, list)                    \
2419         list_for_each_entry_safe((page), (temp), &(list)->pl_pages, cp_batch)
2420
2421 void cl_page_list_init   (struct cl_page_list *plist);
2422 void cl_page_list_add    (struct cl_page_list *plist, struct cl_page *page);
2423 void cl_page_list_move   (struct cl_page_list *dst, struct cl_page_list *src,
2424                           struct cl_page *page);
2425 void cl_page_list_move_head(struct cl_page_list *dst, struct cl_page_list *src,
2426                           struct cl_page *page);
2427 void cl_page_list_splice (struct cl_page_list *list,
2428                           struct cl_page_list *head);
2429 void cl_page_list_del    (const struct lu_env *env,
2430                           struct cl_page_list *plist, struct cl_page *page);
2431 void cl_page_list_disown (const struct lu_env *env,
2432                           struct cl_io *io, struct cl_page_list *plist);
2433 void cl_page_list_assume (const struct lu_env *env,
2434                           struct cl_io *io, struct cl_page_list *plist);
2435 void cl_page_list_discard(const struct lu_env *env,
2436                           struct cl_io *io, struct cl_page_list *plist);
2437 void cl_page_list_fini   (const struct lu_env *env, struct cl_page_list *plist);
2438
2439 void cl_2queue_init     (struct cl_2queue *queue);
2440 void cl_2queue_add      (struct cl_2queue *queue, struct cl_page *page);
2441 void cl_2queue_disown   (const struct lu_env *env,
2442                          struct cl_io *io, struct cl_2queue *queue);
2443 void cl_2queue_assume   (const struct lu_env *env,
2444                          struct cl_io *io, struct cl_2queue *queue);
2445 void cl_2queue_discard  (const struct lu_env *env,
2446                          struct cl_io *io, struct cl_2queue *queue);
2447 void cl_2queue_fini     (const struct lu_env *env, struct cl_2queue *queue);
2448 void cl_2queue_init_page(struct cl_2queue *queue, struct cl_page *page);
2449
2450 /** @} cl_page_list */
2451
2452 void cl_req_attr_set(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2453                      struct cl_req_attr *attr);
2454
2455 /** \defgroup cl_sync_io cl_sync_io
2456  * @{ */
2457
2458 /**
2459  * Anchor for synchronous transfer. This is allocated on a stack by thread
2460  * doing synchronous transfer, and a pointer to this structure is set up in
2461  * every page submitted for transfer. Transfer completion routine updates
2462  * anchor and wakes up waiting thread when transfer is complete.
2463  */
2464 struct cl_sync_io {
2465         /** number of pages yet to be transferred. */
2466         atomic_t                csi_sync_nr;
2467         /** error code. */
2468         int                     csi_sync_rc;
2469         /** barrier of destroy this structure */
2470         atomic_t                csi_barrier;
2471         /** completion to be signaled when transfer is complete. */
2472         wait_queue_head_t       csi_waitq;
2473         /** callback to invoke when this IO is finished */
2474         void                    (*csi_end_io)(const struct lu_env *,
2475                                               struct cl_sync_io *);
2476 };
2477
2478 void cl_sync_io_init(struct cl_sync_io *anchor, int nr,
2479                      void (*end)(const struct lu_env *, struct cl_sync_io *));
2480 int  cl_sync_io_wait(const struct lu_env *env, struct cl_sync_io *anchor,
2481                      long timeout);
2482 void cl_sync_io_note(const struct lu_env *env, struct cl_sync_io *anchor,
2483                      int ioret);
2484 void cl_sync_io_end(const struct lu_env *env, struct cl_sync_io *anchor);
2485
2486 /** @} cl_sync_io */
2487
2488 /** \defgroup cl_env cl_env
2489  *
2490  * lu_env handling for a client.
2491  *
2492  * lu_env is an environment within which lustre code executes. Its major part
2493  * is lu_context---a fast memory allocation mechanism that is used to conserve
2494  * precious kernel stack space. Originally lu_env was designed for a server,
2495  * where
2496  *
2497  *     - there is a (mostly) fixed number of threads, and
2498  *
2499  *     - call chains have no non-lustre portions inserted between lustre code.
2500  *
2501  * On a client both these assumtpion fails, because every user thread can
2502  * potentially execute lustre code as part of a system call, and lustre calls
2503  * into VFS or MM that call back into lustre.
2504  *
2505  * To deal with that, cl_env wrapper functions implement the following
2506  * optimizations:
2507  *
2508  *     - allocation and destruction of environment is amortized by caching no
2509  *     longer used environments instead of destroying them;
2510  *
2511  * \see lu_env, lu_context, lu_context_key
2512  * @{ */
2513
2514 struct lu_env *cl_env_get(__u16 *refcheck);
2515 struct lu_env *cl_env_alloc(__u16 *refcheck, __u32 tags);
2516 void cl_env_put(struct lu_env *env, __u16 *refcheck);
2517 unsigned cl_env_cache_purge(unsigned nr);
2518 struct lu_env *cl_env_percpu_get(void);
2519 void cl_env_percpu_put(struct lu_env *env);
2520
2521 /** @} cl_env */
2522
2523 /*
2524  * Misc
2525  */
2526 void cl_attr2lvb(struct ost_lvb *lvb, const struct cl_attr *attr);
2527 void cl_lvb2attr(struct cl_attr *attr, const struct ost_lvb *lvb);
2528
2529 struct cl_device *cl_type_setup(const struct lu_env *env, struct lu_site *site,
2530                                 struct lu_device_type *ldt,
2531                                 struct lu_device *next);
2532 /** @} clio */
2533
2534 int cl_global_init(void);
2535 void cl_global_fini(void);
2536
2537 #endif /* _LINUX_CL_OBJECT_H */