Whamcloud - gitweb
LU-9008 pfl: dynamic layout modification with write/truncate
[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, 2016, 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 <libcfs/libcfs.h>
92 #include <lu_object.h>
93 #include <linux/atomic.h>
94 #include <linux/mutex.h>
95 #include <linux/radix-tree.h>
96 #include <linux/spinlock.h>
97 #include <linux/wait.h>
98 #include <lustre_dlm.h>
99
100 struct obd_info;
101 struct inode;
102
103 struct cl_device;
104
105 struct cl_object;
106
107 struct cl_page;
108 struct cl_page_slice;
109 struct cl_lock;
110 struct cl_lock_slice;
111
112 struct cl_lock_operations;
113 struct cl_page_operations;
114
115 struct cl_io;
116 struct cl_io_slice;
117
118 struct cl_req_attr;
119
120 /**
121  * Device in the client stack.
122  *
123  * \see vvp_device, lov_device, lovsub_device, osc_device
124  */
125 struct cl_device {
126         /** Super-class. */
127         struct lu_device                   cd_lu_dev;
128 };
129
130 /** \addtogroup cl_object cl_object
131  * @{ */
132 /**
133  * "Data attributes" of cl_object. Data attributes can be updated
134  * independently for a sub-object, and top-object's attributes are calculated
135  * from sub-objects' ones.
136  */
137 struct cl_attr {
138         /** Object size, in bytes */
139         loff_t cat_size;
140         /**
141          * Known minimal size, in bytes.
142          *
143          * This is only valid when at least one DLM lock is held.
144          */
145         loff_t cat_kms;
146         /** Modification time. Measured in seconds since epoch. */
147         time64_t cat_mtime;
148         /** Access time. Measured in seconds since epoch. */
149         time64_t cat_atime;
150         /** Change time. Measured in seconds since epoch. */
151         time64_t cat_ctime;
152         /**
153          * Blocks allocated to this cl_object on the server file system.
154          *
155          * \todo XXX An interface for block size is needed.
156          */
157         __u64  cat_blocks;
158         /**
159          * User identifier for quota purposes.
160          */
161         uid_t  cat_uid;
162         /**
163          * Group identifier for quota purposes.
164          */
165         gid_t  cat_gid;
166
167         /* nlink of the directory */
168         __u64  cat_nlink;
169 };
170
171 /**
172  * Fields in cl_attr that are being set.
173  */
174 enum cl_attr_valid {
175         CAT_SIZE   = 1 << 0,
176         CAT_KMS    = 1 << 1,
177         CAT_MTIME  = 1 << 3,
178         CAT_ATIME  = 1 << 4,
179         CAT_CTIME  = 1 << 5,
180         CAT_BLOCKS = 1 << 6,
181         CAT_UID    = 1 << 7,
182         CAT_GID    = 1 << 8
183 };
184
185 /**
186  * Sub-class of lu_object with methods common for objects on the client
187  * stacks.
188  *
189  * cl_object: represents a regular file system object, both a file and a
190  *    stripe. cl_object is based on lu_object: it is identified by a fid,
191  *    layered, cached, hashed, and lrued. Important distinction with the server
192  *    side, where md_object and dt_object are used, is that cl_object "fans out"
193  *    at the lov/sns level: depending on the file layout, single file is
194  *    represented as a set of "sub-objects" (stripes). At the implementation
195  *    level, struct lov_object contains an array of cl_objects. Each sub-object
196  *    is a full-fledged cl_object, having its fid, living in the lru and hash
197  *    table.
198  *
199  *    This leads to the next important difference with the server side: on the
200  *    client, it's quite usual to have objects with the different sequence of
201  *    layers. For example, typical top-object is composed of the following
202  *    layers:
203  *
204  *        - vvp
205  *        - lov
206  *
207  *    whereas its sub-objects are composed of
208  *
209  *        - lovsub
210  *        - osc
211  *
212  *    layers. Here "lovsub" is a mostly dummy layer, whose purpose is to keep
213  *    track of the object-subobject relationship.
214  *
215  *    Sub-objects are not cached independently: when top-object is about to
216  *    be discarded from the memory, all its sub-objects are torn-down and
217  *    destroyed too.
218  *
219  * \see vvp_object, lov_object, lovsub_object, osc_object
220  */
221 struct cl_object {
222         /** super class */
223         struct lu_object                   co_lu;
224         /** per-object-layer operations */
225         const struct cl_object_operations *co_ops;
226         /** offset of page slice in cl_page buffer */
227         int                                co_slice_off;
228 };
229
230 /**
231  * Description of the client object configuration. This is used for the
232  * creation of a new client object that is identified by a more state than
233  * fid.
234  */
235 struct cl_object_conf {
236         /** Super-class. */
237         struct lu_object_conf     coc_lu;
238         union {
239                 /**
240                  * Object layout. This is consumed by lov.
241                  */
242                 struct lu_buf    coc_layout;
243                 /**
244                  * Description of particular stripe location in the
245                  * cluster. This is consumed by osc.
246                  */
247                 struct lov_oinfo *coc_oinfo;
248         } u;
249         /**
250          * VFS inode. This is consumed by vvp.
251          */
252         struct inode             *coc_inode;
253         /**
254          * Layout lock handle.
255          */
256         struct ldlm_lock         *coc_lock;
257         /**
258          * Operation to handle layout, OBJECT_CONF_XYZ.
259          */
260         int                       coc_opc;
261 };
262
263 enum {
264         /** configure layout, set up a new stripe, must be called while
265          * holding layout lock. */
266         OBJECT_CONF_SET = 0,
267         /** invalidate the current stripe configuration due to losing
268          * layout lock. */
269         OBJECT_CONF_INVALIDATE = 1,
270         /** wait for old layout to go away so that new layout can be
271          * set up. */
272         OBJECT_CONF_WAIT = 2
273 };
274
275 enum {
276         CL_LAYOUT_GEN_NONE      = (u32)-2,      /* layout lock was cancelled */
277         CL_LAYOUT_GEN_EMPTY     = (u32)-1,      /* for empty layout */
278 };
279
280 struct cl_layout {
281         /** the buffer to return the layout in lov_mds_md format. */
282         struct lu_buf   cl_buf;
283         /** size of layout in lov_mds_md format. */
284         size_t          cl_size;
285         /** Layout generation. */
286         u32             cl_layout_gen;
287 };
288
289 /**
290  * Operations implemented for each cl object layer.
291  *
292  * \see vvp_ops, lov_ops, lovsub_ops, osc_ops
293  */
294 struct cl_object_operations {
295         /**
296          * Initialize page slice for this layer. Called top-to-bottom through
297          * every object layer when a new cl_page is instantiated. Layer
298          * keeping private per-page data, or requiring its own page operations
299          * vector should allocate these data here, and attach then to the page
300          * by calling cl_page_slice_add(). \a vmpage is locked (in the VM
301          * sense). Optional.
302          *
303          * \retval NULL success.
304          *
305          * \retval ERR_PTR(errno) failure code.
306          *
307          * \retval valid-pointer pointer to already existing referenced page
308          *         to be used instead of newly created.
309          */
310         int  (*coo_page_init)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
311                                 struct cl_page *page, pgoff_t index);
312         /**
313          * Initialize lock slice for this layer. Called top-to-bottom through
314          * every object layer when a new cl_lock is instantiated. Layer
315          * keeping private per-lock data, or requiring its own lock operations
316          * vector should allocate these data here, and attach then to the lock
317          * by calling cl_lock_slice_add(). Mandatory.
318          */
319         int  (*coo_lock_init)(const struct lu_env *env,
320                               struct cl_object *obj, struct cl_lock *lock,
321                               const struct cl_io *io);
322         /**
323          * Initialize io state for a given layer.
324          *
325          * called top-to-bottom once per io existence to initialize io
326          * state. If layer wants to keep some state for this type of io, it
327          * has to embed struct cl_io_slice in lu_env::le_ses, and register
328          * slice with cl_io_slice_add(). It is guaranteed that all threads
329          * participating in this io share the same session.
330          */
331         int  (*coo_io_init)(const struct lu_env *env,
332                             struct cl_object *obj, struct cl_io *io);
333         /**
334          * Fill portion of \a attr that this layer controls. This method is
335          * called top-to-bottom through all object layers.
336          *
337          * \pre cl_object_header::coh_attr_guard of the top-object is locked.
338          *
339          * \return   0: to continue
340          * \return +ve: to stop iterating through layers (but 0 is returned
341          *              from enclosing cl_object_attr_get())
342          * \return -ve: to signal error
343          */
344         int (*coo_attr_get)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
345                             struct cl_attr *attr);
346         /**
347          * Update attributes.
348          *
349          * \a valid is a bitmask composed from enum #cl_attr_valid, and
350          * indicating what attributes are to be set.
351          *
352          * \pre cl_object_header::coh_attr_guard of the top-object is locked.
353          *
354          * \return the same convention as for
355          * cl_object_operations::coo_attr_get() is used.
356          */
357         int (*coo_attr_update)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
358                                const struct cl_attr *attr, unsigned valid);
359         /**
360          * Update object configuration. Called top-to-bottom to modify object
361          * configuration.
362          *
363          * XXX error conditions and handling.
364          */
365         int (*coo_conf_set)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
366                             const struct cl_object_conf *conf);
367         /**
368          * Glimpse ast. Executed when glimpse ast arrives for a lock on this
369          * object. Layers are supposed to fill parts of \a lvb that will be
370          * shipped to the glimpse originator as a glimpse result.
371          *
372          * \see vvp_object_glimpse(), lovsub_object_glimpse(),
373          * \see osc_object_glimpse()
374          */
375         int (*coo_glimpse)(const struct lu_env *env,
376                            const struct cl_object *obj, struct ost_lvb *lvb);
377         /**
378          * Object prune method. Called when the layout is going to change on
379          * this object, therefore each layer has to clean up their cache,
380          * mainly pages and locks.
381          */
382         int (*coo_prune)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj);
383         /**
384          * Object getstripe method.
385          */
386         int (*coo_getstripe)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
387                              struct lov_user_md __user *lum);
388         /**
389          * Get FIEMAP mapping from the object.
390          */
391         int (*coo_fiemap)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
392                           struct ll_fiemap_info_key *fmkey,
393                           struct fiemap *fiemap, size_t *buflen);
394         /**
395          * Get layout and generation of the object.
396          */
397         int (*coo_layout_get)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
398                               struct cl_layout *layout);
399         /**
400          * Get maximum size of the object.
401          */
402         loff_t (*coo_maxbytes)(struct cl_object *obj);
403         /**
404          * Set request attributes.
405          */
406         void (*coo_req_attr_set)(const struct lu_env *env,
407                                  struct cl_object *obj,
408                                  struct cl_req_attr *attr);
409 };
410
411 /**
412  * Extended header for client object.
413  */
414 struct cl_object_header {
415         /** Standard lu_object_header. cl_object::co_lu::lo_header points
416          * here. */
417         struct lu_object_header coh_lu;
418
419         /**
420          * Parent object. It is assumed that an object has a well-defined
421          * parent, but not a well-defined child (there may be multiple
422          * sub-objects, for the same top-object). cl_object_header::coh_parent
423          * field allows certain code to be written generically, without
424          * limiting possible cl_object layouts unduly.
425          */
426         struct cl_object_header *coh_parent;
427         /**
428          * Protects consistency between cl_attr of parent object and
429          * attributes of sub-objects, that the former is calculated ("merged")
430          * from.
431          *
432          * \todo XXX this can be read/write lock if needed.
433          */
434         spinlock_t               coh_attr_guard;
435         /**
436          * Size of cl_page + page slices
437          */
438         unsigned short           coh_page_bufsize;
439         /**
440          * Number of objects above this one: 0 for a top-object, 1 for its
441          * sub-object, etc.
442          */
443         unsigned char            coh_nesting;
444 };
445
446 /**
447  * Helper macro: iterate over all layers of the object \a obj, assigning every
448  * layer top-to-bottom to \a slice.
449  */
450 #define cl_object_for_each(slice, obj)                          \
451         list_for_each_entry((slice),                            \
452                             &(obj)->co_lu.lo_header->loh_layers,\
453                             co_lu.lo_linkage)
454
455 /**
456  * Helper macro: iterate over all layers of the object \a obj, assigning every
457  * layer bottom-to-top to \a slice.
458  */
459 #define cl_object_for_each_reverse(slice, obj)                          \
460         list_for_each_entry_reverse((slice),                            \
461                                     &(obj)->co_lu.lo_header->loh_layers,\
462                                     co_lu.lo_linkage)
463
464 /** @} cl_object */
465
466 #define CL_PAGE_EOF ((pgoff_t)~0ull)
467
468 /** \addtogroup cl_page cl_page
469  * @{ */
470
471 /** \struct cl_page
472  * Layered client page.
473  *
474  * cl_page: represents a portion of a file, cached in the memory. All pages
475  *    of the given file are of the same size, and are kept in the radix tree
476  *    hanging off the cl_object. cl_page doesn't fan out, but as sub-objects
477  *    of the top-level file object are first class cl_objects, they have their
478  *    own radix trees of pages and hence page is implemented as a sequence of
479  *    struct cl_pages's, linked into double-linked list through
480  *    cl_page::cp_parent and cl_page::cp_child pointers, each residing in the
481  *    corresponding radix tree at the corresponding logical offset.
482  *
483  * cl_page is associated with VM page of the hosting environment (struct
484  *    page in Linux kernel, for example), struct page. It is assumed, that this
485  *    association is implemented by one of cl_page layers (top layer in the
486  *    current design) that
487  *
488  *        - intercepts per-VM-page call-backs made by the environment (e.g.,
489  *          memory pressure),
490  *
491  *        - translates state (page flag bits) and locking between lustre and
492  *          environment.
493  *
494  *    The association between cl_page and struct page is immutable and
495  *    established when cl_page is created.
496  *
497  * cl_page can be "owned" by a particular cl_io (see below), guaranteeing
498  *    this io an exclusive access to this page w.r.t. other io attempts and
499  *    various events changing page state (such as transfer completion, or
500  *    eviction of the page from the memory). Note, that in general cl_io
501  *    cannot be identified with a particular thread, and page ownership is not
502  *    exactly equal to the current thread holding a lock on the page. Layer
503  *    implementing association between cl_page and struct page has to implement
504  *    ownership on top of available synchronization mechanisms.
505  *
506  *    While lustre client maintains the notion of an page ownership by io,
507  *    hosting MM/VM usually has its own page concurrency control
508  *    mechanisms. For example, in Linux, page access is synchronized by the
509  *    per-page PG_locked bit-lock, and generic kernel code (generic_file_*())
510  *    takes care to acquire and release such locks as necessary around the
511  *    calls to the file system methods (->readpage(), ->prepare_write(),
512  *    ->commit_write(), etc.). This leads to the situation when there are two
513  *    different ways to own a page in the client:
514  *
515  *        - client code explicitly and voluntary owns the page (cl_page_own());
516  *
517  *        - VM locks a page and then calls the client, that has "to assume"
518  *          the ownership from the VM (cl_page_assume()).
519  *
520  *    Dual methods to release ownership are cl_page_disown() and
521  *    cl_page_unassume().
522  *
523  * cl_page is reference counted (cl_page::cp_ref). When reference counter
524  *    drops to 0, the page is returned to the cache, unless it is in
525  *    cl_page_state::CPS_FREEING state, in which case it is immediately
526  *    destroyed.
527  *
528  *    The general logic guaranteeing the absence of "existential races" for
529  *    pages is the following:
530  *
531  *        - there are fixed known ways for a thread to obtain a new reference
532  *          to a page:
533  *
534  *            - by doing a lookup in the cl_object radix tree, protected by the
535  *              spin-lock;
536  *
537  *            - by starting from VM-locked struct page and following some
538  *              hosting environment method (e.g., following ->private pointer in
539  *              the case of Linux kernel), see cl_vmpage_page();
540  *
541  *        - when the page enters cl_page_state::CPS_FREEING state, all these
542  *          ways are severed with the proper synchronization
543  *          (cl_page_delete());
544  *
545  *        - entry into cl_page_state::CPS_FREEING is serialized by the VM page
546  *          lock;
547  *
548  *        - no new references to the page in cl_page_state::CPS_FREEING state
549  *          are allowed (checked in cl_page_get()).
550  *
551  *    Together this guarantees that when last reference to a
552  *    cl_page_state::CPS_FREEING page is released, it is safe to destroy the
553  *    page, as neither references to it can be acquired at that point, nor
554  *    ones exist.
555  *
556  * cl_page is a state machine. States are enumerated in enum
557  *    cl_page_state. Possible state transitions are enumerated in
558  *    cl_page_state_set(). State transition process (i.e., actual changing of
559  *    cl_page::cp_state field) is protected by the lock on the underlying VM
560  *    page.
561  *
562  * Linux Kernel implementation.
563  *
564  *    Binding between cl_page and struct page (which is a typedef for
565  *    struct page) is implemented in the vvp layer. cl_page is attached to the
566  *    ->private pointer of the struct page, together with the setting of
567  *    PG_private bit in page->flags, and acquiring additional reference on the
568  *    struct page (much like struct buffer_head, or any similar file system
569  *    private data structures).
570  *
571  *    PG_locked lock is used to implement both ownership and transfer
572  *    synchronization, that is, page is VM-locked in CPS_{OWNED,PAGE{IN,OUT}}
573  *    states. No additional references are acquired for the duration of the
574  *    transfer.
575  *
576  * \warning *THIS IS NOT* the behavior expected by the Linux kernel, where
577  *          write-out is "protected" by the special PG_writeback bit.
578  */
579
580 /**
581  * States of cl_page. cl_page.c assumes particular order here.
582  *
583  * The page state machine is rather crude, as it doesn't recognize finer page
584  * states like "dirty" or "up to date". This is because such states are not
585  * always well defined for the whole stack (see, for example, the
586  * implementation of the read-ahead, that hides page up-to-dateness to track
587  * cache hits accurately). Such sub-states are maintained by the layers that
588  * are interested in them.
589  */
590 enum cl_page_state {
591         /**
592          * Page is in the cache, un-owned. Page leaves cached state in the
593          * following cases:
594          *
595          *     - [cl_page_state::CPS_OWNED] io comes across the page and
596          *     owns it;
597          *
598          *     - [cl_page_state::CPS_PAGEOUT] page is dirty, the
599          *     req-formation engine decides that it wants to include this page
600          *     into an RPC being constructed, and yanks it from the cache;
601          *
602          *     - [cl_page_state::CPS_FREEING] VM callback is executed to
603          *     evict the page form the memory;
604          *
605          * \invariant cl_page::cp_owner == NULL && cl_page::cp_req == NULL
606          */
607         CPS_CACHED,
608         /**
609          * Page is exclusively owned by some cl_io. Page may end up in this
610          * state as a result of
611          *
612          *     - io creating new page and immediately owning it;
613          *
614          *     - [cl_page_state::CPS_CACHED] io finding existing cached page
615          *     and owning it;
616          *
617          *     - [cl_page_state::CPS_OWNED] io finding existing owned page
618          *     and waiting for owner to release the page;
619          *
620          * Page leaves owned state in the following cases:
621          *
622          *     - [cl_page_state::CPS_CACHED] io decides to leave the page in
623          *     the cache, doing nothing;
624          *
625          *     - [cl_page_state::CPS_PAGEIN] io starts read transfer for
626          *     this page;
627          *
628          *     - [cl_page_state::CPS_PAGEOUT] io starts immediate write
629          *     transfer for this page;
630          *
631          *     - [cl_page_state::CPS_FREEING] io decides to destroy this
632          *     page (e.g., as part of truncate or extent lock cancellation).
633          *
634          * \invariant cl_page::cp_owner != NULL && cl_page::cp_req == NULL
635          */
636         CPS_OWNED,
637         /**
638          * Page is being written out, as a part of a transfer. This state is
639          * entered when req-formation logic decided that it wants this page to
640          * be sent through the wire _now_. Specifically, it means that once
641          * this state is achieved, transfer completion handler (with either
642          * success or failure indication) is guaranteed to be executed against
643          * this page independently of any locks and any scheduling decisions
644          * made by the hosting environment (that effectively means that the
645          * page is never put into cl_page_state::CPS_PAGEOUT state "in
646          * advance". This property is mentioned, because it is important when
647          * reasoning about possible dead-locks in the system). The page can
648          * enter this state as a result of
649          *
650          *     - [cl_page_state::CPS_OWNED] an io requesting an immediate
651          *     write-out of this page, or
652          *
653          *     - [cl_page_state::CPS_CACHED] req-forming engine deciding
654          *     that it has enough dirty pages cached to issue a "good"
655          *     transfer.
656          *
657          * The page leaves cl_page_state::CPS_PAGEOUT state when the transfer
658          * is completed---it is moved into cl_page_state::CPS_CACHED state.
659          *
660          * Underlying VM page is locked for the duration of transfer.
661          *
662          * \invariant: cl_page::cp_owner == NULL && cl_page::cp_req != NULL
663          */
664         CPS_PAGEOUT,
665         /**
666          * Page is being read in, as a part of a transfer. This is quite
667          * similar to the cl_page_state::CPS_PAGEOUT state, except that
668          * read-in is always "immediate"---there is no such thing a sudden
669          * construction of read request from cached, presumably not up to date,
670          * pages.
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_PAGEIN,
677         /**
678          * Page is being destroyed. This state is entered when client decides
679          * that page has to be deleted from its host object, as, e.g., a part
680          * of truncate.
681          *
682          * Once this state is reached, there is no way to escape it.
683          *
684          * \invariant: cl_page::cp_owner == NULL && cl_page::cp_req == NULL
685          */
686         CPS_FREEING,
687         CPS_NR
688 };
689
690 enum cl_page_type {
691         /** Host page, the page is from the host inode which the cl_page
692          * belongs to. */
693         CPT_CACHEABLE = 1,
694
695         /** Transient page, the transient cl_page is used to bind a cl_page
696          *  to vmpage which is not belonging to the same object of cl_page.
697          *  it is used in DirectIO, lockless IO and liblustre. */
698         CPT_TRANSIENT,
699 };
700
701 /**
702  * Fields are protected by the lock on struct page, except for atomics and
703  * immutables.
704  *
705  * \invariant Data type invariants are in cl_page_invariant(). Basically:
706  * cl_page::cp_parent and cl_page::cp_child are a well-formed double-linked
707  * list, consistent with the parent/child pointers in the cl_page::cp_obj and
708  * cl_page::cp_owner (when set).
709  */
710 struct cl_page {
711         /** Reference counter. */
712         atomic_t                 cp_ref;
713         /** An object this page is a part of. Immutable after creation. */
714         struct cl_object        *cp_obj;
715         /** vmpage */
716         struct page             *cp_vmpage;
717         /** Linkage of pages within group. Pages must be owned */
718         struct list_head         cp_batch;
719         /** List of slices. Immutable after creation. */
720         struct list_head         cp_layers;
721         /**
722          * Page state. This field is const to avoid accidental update, it is
723          * modified only internally within cl_page.c. Protected by a VM lock.
724          */
725         const enum cl_page_state cp_state;
726         /**
727          * Page type. Only CPT_TRANSIENT is used so far. Immutable after
728          * creation.
729          */
730         enum cl_page_type        cp_type;
731
732         /**
733          * Owning IO in cl_page_state::CPS_OWNED state. Sub-page can be owned
734          * by sub-io. Protected by a VM lock.
735          */
736         struct cl_io            *cp_owner;
737         /** List of references to this page, for debugging. */
738         struct lu_ref            cp_reference;
739         /** Link to an object, for debugging. */
740         struct lu_ref_link       cp_obj_ref;
741         /** Link to a queue, for debugging. */
742         struct lu_ref_link       cp_queue_ref;
743         /** Assigned if doing a sync_io */
744         struct cl_sync_io       *cp_sync_io;
745 };
746
747 /**
748  * Per-layer part of cl_page.
749  *
750  * \see vvp_page, lov_page, osc_page
751  */
752 struct cl_page_slice {
753         struct cl_page                  *cpl_page;
754         pgoff_t                          cpl_index;
755         /**
756          * Object slice corresponding to this page slice. Immutable after
757          * creation.
758          */
759         struct cl_object                *cpl_obj;
760         const struct cl_page_operations *cpl_ops;
761         /** Linkage into cl_page::cp_layers. Immutable after creation. */
762         struct list_head                 cpl_linkage;
763 };
764
765 /**
766  * Lock mode. For the client extent locks.
767  *
768  * \ingroup cl_lock
769  */
770 enum cl_lock_mode {
771         CLM_READ,
772         CLM_WRITE,
773         CLM_GROUP,
774         CLM_MAX,
775 };
776
777 /**
778  * Requested transfer type.
779  */
780 enum cl_req_type {
781         CRT_READ,
782         CRT_WRITE,
783         CRT_NR
784 };
785
786 /**
787  * Per-layer page operations.
788  *
789  * Methods taking an \a io argument are for the activity happening in the
790  * context of given \a io. Page is assumed to be owned by that io, except for
791  * the obvious cases (like cl_page_operations::cpo_own()).
792  *
793  * \see vvp_page_ops, lov_page_ops, osc_page_ops
794  */
795 struct cl_page_operations {
796         /**
797          * cl_page<->struct page methods. Only one layer in the stack has to
798          * implement these. Current code assumes that this functionality is
799          * provided by the topmost layer, see cl_page_disown0() as an example.
800          */
801
802         /**
803          * Called when \a io acquires this page into the exclusive
804          * ownership. When this method returns, it is guaranteed that the is
805          * not owned by other io, and no transfer is going on against
806          * it. Optional.
807          *
808          * \see cl_page_own()
809          * \see vvp_page_own(), lov_page_own()
810          */
811         int  (*cpo_own)(const struct lu_env *env,
812                         const struct cl_page_slice *slice,
813                         struct cl_io *io, int nonblock);
814         /** Called when ownership it yielded. Optional.
815          *
816          * \see cl_page_disown()
817          * \see vvp_page_disown()
818          */
819         void (*cpo_disown)(const struct lu_env *env,
820                            const struct cl_page_slice *slice, struct cl_io *io);
821         /**
822          * Called for a page that is already "owned" by \a io from VM point of
823          * view. Optional.
824          *
825          * \see cl_page_assume()
826          * \see vvp_page_assume(), lov_page_assume()
827          */
828         void (*cpo_assume)(const struct lu_env *env,
829                            const struct cl_page_slice *slice, struct cl_io *io);
830         /** Dual to cl_page_operations::cpo_assume(). Optional. Called
831          * bottom-to-top when IO releases a page without actually unlocking
832          * it.
833          *
834          * \see cl_page_unassume()
835          * \see vvp_page_unassume()
836          */
837         void (*cpo_unassume)(const struct lu_env *env,
838                              const struct cl_page_slice *slice,
839                              struct cl_io *io);
840         /**
841          * Announces whether the page contains valid data or not by \a uptodate.
842          *
843          * \see cl_page_export()
844          * \see vvp_page_export()
845          */
846         void  (*cpo_export)(const struct lu_env *env,
847                             const struct cl_page_slice *slice, int uptodate);
848         /**
849          * Checks whether underlying VM page is locked (in the suitable
850          * sense). Used for assertions.
851          *
852          * \retval    -EBUSY: page is protected by a lock of a given mode;
853          * \retval  -ENODATA: page is not protected by a lock;
854          * \retval         0: this layer cannot decide. (Should never happen.)
855          */
856         int (*cpo_is_vmlocked)(const struct lu_env *env,
857                                const struct cl_page_slice *slice);
858         /**
859          * Page destruction.
860          */
861
862         /**
863          * Called when page is truncated from the object. Optional.
864          *
865          * \see cl_page_discard()
866          * \see vvp_page_discard(), osc_page_discard()
867          */
868         void (*cpo_discard)(const struct lu_env *env,
869                             const struct cl_page_slice *slice,
870                             struct cl_io *io);
871         /**
872          * Called when page is removed from the cache, and is about to being
873          * destroyed. Optional.
874          *
875          * \see cl_page_delete()
876          * \see vvp_page_delete(), osc_page_delete()
877          */
878         void (*cpo_delete)(const struct lu_env *env,
879                            const struct cl_page_slice *slice);
880         /** Destructor. Frees resources and slice itself. */
881         void (*cpo_fini)(const struct lu_env *env,
882                          struct cl_page_slice *slice);
883         /**
884          * Optional debugging helper. Prints given page slice.
885          *
886          * \see cl_page_print()
887          */
888         int (*cpo_print)(const struct lu_env *env,
889                          const struct cl_page_slice *slice,
890                          void *cookie, lu_printer_t p);
891         /**
892          * \name transfer
893          *
894          * Transfer methods.
895          *
896          * @{
897          */
898         /**
899          * Request type dependent vector of operations.
900          *
901          * Transfer operations depend on transfer mode (cl_req_type). To avoid
902          * passing transfer mode to each and every of these methods, and to
903          * avoid branching on request type inside of the methods, separate
904          * methods for cl_req_type:CRT_READ and cl_req_type:CRT_WRITE are
905          * provided. That is, method invocation usually looks like
906          *
907          *         slice->cp_ops.io[req->crq_type].cpo_method(env, slice, ...);
908          */
909         struct {
910                 /**
911                  * Called when a page is submitted for a transfer as a part of
912                  * cl_page_list.
913                  *
914                  * \return    0         : page is eligible for submission;
915                  * \return    -EALREADY : skip this page;
916                  * \return    -ve       : error.
917                  *
918                  * \see cl_page_prep()
919                  */
920                 int  (*cpo_prep)(const struct lu_env *env,
921                                  const struct cl_page_slice *slice,
922                                  struct cl_io *io);
923                 /**
924                  * Completion handler. This is guaranteed to be eventually
925                  * fired after cl_page_operations::cpo_prep() or
926                  * cl_page_operations::cpo_make_ready() call.
927                  *
928                  * This method can be called in a non-blocking context. It is
929                  * guaranteed however, that the page involved and its object
930                  * are pinned in memory (and, hence, calling cl_page_put() is
931                  * safe).
932                  *
933                  * \see cl_page_completion()
934                  */
935                 void (*cpo_completion)(const struct lu_env *env,
936                                        const struct cl_page_slice *slice,
937                                        int ioret);
938                 /**
939                  * Called when cached page is about to be added to the
940                  * ptlrpc request as a part of req formation.
941                  *
942                  * \return    0       : proceed with this page;
943                  * \return    -EAGAIN : skip this page;
944                  * \return    -ve     : error.
945                  *
946                  * \see cl_page_make_ready()
947                  */
948                 int  (*cpo_make_ready)(const struct lu_env *env,
949                                        const struct cl_page_slice *slice);
950         } io[CRT_NR];
951         /**
952          * Tell transfer engine that only [to, from] part of a page should be
953          * transmitted.
954          *
955          * This is used for immediate transfers.
956          *
957          * \todo XXX this is not very good interface. It would be much better
958          * if all transfer parameters were supplied as arguments to
959          * cl_io_operations::cio_submit() call, but it is not clear how to do
960          * this for page queues.
961          *
962          * \see cl_page_clip()
963          */
964         void (*cpo_clip)(const struct lu_env *env,
965                          const struct cl_page_slice *slice,
966                          int from, int to);
967         /**
968          * \pre  the page was queued for transferring.
969          * \post page is removed from client's pending list, or -EBUSY
970          *       is returned if it has already been in transferring.
971          *
972          * This is one of seldom page operation which is:
973          * 0. called from top level;
974          * 1. don't have vmpage locked;
975          * 2. every layer should synchronize execution of its ->cpo_cancel()
976          *    with completion handlers. Osc uses client obd lock for this
977          *    purpose. Based on there is no vvp_page_cancel and
978          *    lov_page_cancel(), cpo_cancel is defacto protected by client lock.
979          *
980          * \see osc_page_cancel().
981          */
982         int (*cpo_cancel)(const struct lu_env *env,
983                           const struct cl_page_slice *slice);
984         /**
985          * Write out a page by kernel. This is only called by ll_writepage
986          * right now.
987          *
988          * \see cl_page_flush()
989          */
990         int (*cpo_flush)(const struct lu_env *env,
991                          const struct cl_page_slice *slice,
992                          struct cl_io *io);
993         /** @} transfer */
994 };
995
996 /**
997  * Helper macro, dumping detailed information about \a page into a log.
998  */
999 #define CL_PAGE_DEBUG(mask, env, page, format, ...)                     \
1000 do {                                                                    \
1001         if (cfs_cdebug_show(mask, DEBUG_SUBSYSTEM)) {                   \
1002                 LIBCFS_DEBUG_MSG_DATA_DECL(msgdata, mask, NULL);        \
1003                 cl_page_print(env, &msgdata, lu_cdebug_printer, page);  \
1004                 CDEBUG(mask, format , ## __VA_ARGS__);                  \
1005         }                                                               \
1006 } while (0)
1007
1008 /**
1009  * Helper macro, dumping shorter information about \a page into a log.
1010  */
1011 #define CL_PAGE_HEADER(mask, env, page, format, ...)                          \
1012 do {                                                                          \
1013         if (cfs_cdebug_show(mask, DEBUG_SUBSYSTEM)) {                         \
1014                 LIBCFS_DEBUG_MSG_DATA_DECL(msgdata, mask, NULL);              \
1015                 cl_page_header_print(env, &msgdata, lu_cdebug_printer, page); \
1016                 CDEBUG(mask, format , ## __VA_ARGS__);                        \
1017         }                                                                     \
1018 } while (0)
1019
1020 static inline struct page *cl_page_vmpage(const struct cl_page *page)
1021 {
1022         LASSERT(page->cp_vmpage != NULL);
1023         return page->cp_vmpage;
1024 }
1025
1026 /**
1027  * Check if a cl_page is in use.
1028  *
1029  * Client cache holds a refcount, this refcount will be dropped when
1030  * the page is taken out of cache, see vvp_page_delete().
1031  */
1032 static inline bool __page_in_use(const struct cl_page *page, int refc)
1033 {
1034         return (atomic_read(&page->cp_ref) > refc + 1);
1035 }
1036
1037 /**
1038  * Caller itself holds a refcount of cl_page.
1039  */
1040 #define cl_page_in_use(pg)       __page_in_use(pg, 1)
1041 /**
1042  * Caller doesn't hold a refcount.
1043  */
1044 #define cl_page_in_use_noref(pg) __page_in_use(pg, 0)
1045
1046 /** @} cl_page */
1047
1048 /** \addtogroup cl_lock cl_lock
1049  * @{ */
1050 /** \struct cl_lock
1051  *
1052  * Extent locking on the client.
1053  *
1054  * LAYERING
1055  *
1056  * The locking model of the new client code is built around
1057  *
1058  *        struct cl_lock
1059  *
1060  * data-type representing an extent lock on a regular file. cl_lock is a
1061  * layered object (much like cl_object and cl_page), it consists of a header
1062  * (struct cl_lock) and a list of layers (struct cl_lock_slice), linked to
1063  * cl_lock::cll_layers list through cl_lock_slice::cls_linkage.
1064  *
1065  * Typical cl_lock consists of the two layers:
1066  *
1067  *     - vvp_lock (vvp specific data), and
1068  *     - lov_lock (lov specific data).
1069  *
1070  * lov_lock contains an array of sub-locks. Each of these sub-locks is a
1071  * normal cl_lock: it has a header (struct cl_lock) and a list of layers:
1072  *
1073  *     - lovsub_lock, and
1074  *     - osc_lock
1075  *
1076  * Each sub-lock is associated with a cl_object (representing stripe
1077  * sub-object or the file to which top-level cl_lock is associated to), and is
1078  * linked into that cl_object::coh_locks. In this respect cl_lock is similar to
1079  * cl_object (that at lov layer also fans out into multiple sub-objects), and
1080  * is different from cl_page, that doesn't fan out (there is usually exactly
1081  * one osc_page for every vvp_page). We shall call vvp-lov portion of the lock
1082  * a "top-lock" and its lovsub-osc portion a "sub-lock".
1083  *
1084  * LIFE CYCLE
1085  *
1086  * cl_lock is a cacheless data container for the requirements of locks to
1087  * complete the IO. cl_lock is created before I/O starts and destroyed when the
1088  * I/O is complete.
1089  *
1090  * cl_lock depends on LDLM lock to fulfill lock semantics. LDLM lock is attached
1091  * to cl_lock at OSC layer. LDLM lock is still cacheable.
1092  *
1093  * INTERFACE AND USAGE
1094  *
1095  * Two major methods are supported for cl_lock: clo_enqueue and clo_cancel.  A
1096  * cl_lock is enqueued by cl_lock_request(), which will call clo_enqueue()
1097  * methods for each layer to enqueue the lock. At the LOV layer, if a cl_lock
1098  * consists of multiple sub cl_locks, each sub locks will be enqueued
1099  * correspondingly. At OSC layer, the lock enqueue request will tend to reuse
1100  * cached LDLM lock; otherwise a new LDLM lock will have to be requested from
1101  * OST side.
1102  *
1103  * cl_lock_cancel() must be called to release a cl_lock after use. clo_cancel()
1104  * method will be called for each layer to release the resource held by this
1105  * lock. At OSC layer, the reference count of LDLM lock, which is held at
1106  * clo_enqueue time, is released.
1107  *
1108  * LDLM lock can only be canceled if there is no cl_lock using it.
1109  *
1110  * Overall process of the locking during IO operation is as following:
1111  *
1112  *     - once parameters for IO are setup in cl_io, cl_io_operations::cio_lock()
1113  *       is called on each layer. Responsibility of this method is to add locks,
1114  *       needed by a given layer into cl_io.ci_lockset.
1115  *
1116  *     - once locks for all layers were collected, they are sorted to avoid
1117  *       dead-locks (cl_io_locks_sort()), and enqueued.
1118  *
1119  *     - when all locks are acquired, IO is performed;
1120  *
1121  *     - locks are released after IO is complete.
1122  *
1123  * Striping introduces major additional complexity into locking. The
1124  * fundamental problem is that it is generally unsafe to actively use (hold)
1125  * two locks on the different OST servers at the same time, as this introduces
1126  * inter-server dependency and can lead to cascading evictions.
1127  *
1128  * Basic solution is to sub-divide large read/write IOs into smaller pieces so
1129  * that no multi-stripe locks are taken (note that this design abandons POSIX
1130  * read/write semantics). Such pieces ideally can be executed concurrently. At
1131  * the same time, certain types of IO cannot be sub-divived, without
1132  * sacrificing correctness. This includes:
1133  *
1134  *  - O_APPEND write, where [0, EOF] lock has to be taken, to guarantee
1135  *  atomicity;
1136  *
1137  *  - ftruncate(fd, offset), where [offset, EOF] lock has to be taken.
1138  *
1139  * Also, in the case of read(fd, buf, count) or write(fd, buf, count), where
1140  * buf is a part of memory mapped Lustre file, a lock or locks protecting buf
1141  * has to be held together with the usual lock on [offset, offset + count].
1142  *
1143  * Interaction with DLM
1144  *
1145  * In the expected setup, cl_lock is ultimately backed up by a collection of
1146  * DLM locks (struct ldlm_lock). Association between cl_lock and DLM lock is
1147  * implemented in osc layer, that also matches DLM events (ASTs, cancellation,
1148  * etc.) into cl_lock_operation calls. See struct osc_lock for a more detailed
1149  * description of interaction with DLM.
1150  */
1151
1152 /**
1153  * Lock description.
1154  */
1155 struct cl_lock_descr {
1156         /** Object this lock is granted for. */
1157         struct cl_object *cld_obj;
1158         /** Index of the first page protected by this lock. */
1159         pgoff_t           cld_start;
1160         /** Index of the last page (inclusive) protected by this lock. */
1161         pgoff_t           cld_end;
1162         /** Group ID, for group lock */
1163         __u64             cld_gid;
1164         /** Lock mode. */
1165         enum cl_lock_mode cld_mode;
1166         /**
1167          * flags to enqueue lock. A combination of bit-flags from
1168          * enum cl_enq_flags.
1169          */
1170         __u32             cld_enq_flags;
1171 };
1172
1173 #define DDESCR "%s(%d):[%lu, %lu]:%x"
1174 #define PDESCR(descr)                                                   \
1175         cl_lock_mode_name((descr)->cld_mode), (descr)->cld_mode,        \
1176         (descr)->cld_start, (descr)->cld_end, (descr)->cld_enq_flags
1177
1178 const char *cl_lock_mode_name(const enum cl_lock_mode mode);
1179
1180 /**
1181  * Layered client lock.
1182  */
1183 struct cl_lock {
1184         /** List of slices. Immutable after creation. */
1185         struct list_head      cll_layers;
1186         /** lock attribute, extent, cl_object, etc. */
1187         struct cl_lock_descr  cll_descr;
1188 };
1189
1190 /**
1191  * Per-layer part of cl_lock
1192  *
1193  * \see vvp_lock, lov_lock, lovsub_lock, osc_lock
1194  */
1195 struct cl_lock_slice {
1196         struct cl_lock                  *cls_lock;
1197         /** Object slice corresponding to this lock slice. Immutable after
1198          * creation. */
1199         struct cl_object                *cls_obj;
1200         const struct cl_lock_operations *cls_ops;
1201         /** Linkage into cl_lock::cll_layers. Immutable after creation. */
1202         struct list_head                 cls_linkage;
1203 };
1204
1205 /**
1206  *
1207  * \see vvp_lock_ops, lov_lock_ops, lovsub_lock_ops, osc_lock_ops
1208  */
1209 struct cl_lock_operations {
1210         /** @{ */
1211         /**
1212          * Attempts to enqueue the lock. Called top-to-bottom.
1213          *
1214          * \retval 0    this layer has enqueued the lock successfully
1215          * \retval >0   this layer has enqueued the lock, but need to wait on
1216          *              @anchor for resources
1217          * \retval -ve  failure
1218          *
1219          * \see vvp_lock_enqueue(), lov_lock_enqueue(), lovsub_lock_enqueue(),
1220          * \see osc_lock_enqueue()
1221          */
1222         int  (*clo_enqueue)(const struct lu_env *env,
1223                             const struct cl_lock_slice *slice,
1224                             struct cl_io *io, struct cl_sync_io *anchor);
1225         /**
1226          * Cancel a lock, release its DLM lock ref, while does not cancel the
1227          * DLM lock
1228          */
1229         void (*clo_cancel)(const struct lu_env *env,
1230                            const struct cl_lock_slice *slice);
1231         /** @} */
1232         /**
1233          * Destructor. Frees resources and the slice.
1234          *
1235          * \see vvp_lock_fini(), lov_lock_fini(), lovsub_lock_fini(),
1236          * \see osc_lock_fini()
1237          */
1238         void (*clo_fini)(const struct lu_env *env, struct cl_lock_slice *slice);
1239         /**
1240          * Optional debugging helper. Prints given lock slice.
1241          */
1242         int (*clo_print)(const struct lu_env *env,
1243                          void *cookie, lu_printer_t p,
1244                          const struct cl_lock_slice *slice);
1245 };
1246
1247 #define CL_LOCK_DEBUG(mask, env, lock, format, ...)                     \
1248 do {                                                                    \
1249         if (cfs_cdebug_show(mask, DEBUG_SUBSYSTEM)) {                   \
1250                 LIBCFS_DEBUG_MSG_DATA_DECL(msgdata, mask, NULL);        \
1251                 cl_lock_print(env, &msgdata, lu_cdebug_printer, lock);  \
1252                 CDEBUG(mask, format , ## __VA_ARGS__);                  \
1253         }                                                               \
1254 } while (0)
1255
1256 #define CL_LOCK_ASSERT(expr, env, lock) do {                            \
1257         if (likely(expr))                                               \
1258                 break;                                                  \
1259                                                                         \
1260         CL_LOCK_DEBUG(D_ERROR, env, lock, "failed at %s.\n", #expr);    \
1261         LBUG();                                                         \
1262 } while (0)
1263
1264 /** @} cl_lock */
1265
1266 /** \addtogroup cl_page_list cl_page_list
1267  * Page list used to perform collective operations on a group of pages.
1268  *
1269  * Pages are added to the list one by one. cl_page_list acquires a reference
1270  * for every page in it. Page list is used to perform collective operations on
1271  * pages:
1272  *
1273  *     - submit pages for an immediate transfer,
1274  *
1275  *     - own pages on behalf of certain io (waiting for each page in turn),
1276  *
1277  *     - discard pages.
1278  *
1279  * When list is finalized, it releases references on all pages it still has.
1280  *
1281  * \todo XXX concurrency control.
1282  *
1283  * @{
1284  */
1285 struct cl_page_list {
1286         unsigned                 pl_nr;
1287         struct list_head         pl_pages;
1288         struct task_struct      *pl_owner;
1289 };
1290
1291 /** 
1292  * A 2-queue of pages. A convenience data-type for common use case, 2-queue
1293  * contains an incoming page list and an outgoing page list.
1294  */
1295 struct cl_2queue {
1296         struct cl_page_list c2_qin;
1297         struct cl_page_list c2_qout;
1298 };
1299
1300 /** @} cl_page_list */
1301
1302 /** \addtogroup cl_io cl_io
1303  * @{ */
1304 /** \struct cl_io
1305  * I/O
1306  *
1307  * cl_io represents a high level I/O activity like
1308  * read(2)/write(2)/truncate(2) system call, or cancellation of an extent
1309  * lock.
1310  *
1311  * cl_io is a layered object, much like cl_{object,page,lock} but with one
1312  * important distinction. We want to minimize number of calls to the allocator
1313  * in the fast path, e.g., in the case of read(2) when everything is cached:
1314  * client already owns the lock over region being read, and data are cached
1315  * due to read-ahead. To avoid allocation of cl_io layers in such situations,
1316  * per-layer io state is stored in the session, associated with the io, see
1317  * struct {vvp,lov,osc}_io for example. Sessions allocation is amortized
1318  * by using free-lists, see cl_env_get().
1319  *
1320  * There is a small predefined number of possible io types, enumerated in enum
1321  * cl_io_type.
1322  *
1323  * cl_io is a state machine, that can be advanced concurrently by the multiple
1324  * threads. It is up to these threads to control the concurrency and,
1325  * specifically, to detect when io is done, and its state can be safely
1326  * released.
1327  *
1328  * For read/write io overall execution plan is as following:
1329  *
1330  *     (0) initialize io state through all layers;
1331  *
1332  *     (1) loop: prepare chunk of work to do
1333  *
1334  *     (2) call all layers to collect locks they need to process current chunk
1335  *
1336  *     (3) sort all locks to avoid dead-locks, and acquire them
1337  *
1338  *     (4) process the chunk: call per-page methods
1339  *         cl_io_operations::cio_prepare_write(),
1340  *         cl_io_operations::cio_commit_write() for write)
1341  *
1342  *     (5) release locks
1343  *
1344  *     (6) repeat loop.
1345  *
1346  * To implement the "parallel IO mode", lov layer creates sub-io's (lazily to
1347  * address allocation efficiency issues mentioned above), and returns with the
1348  * special error condition from per-page method when current sub-io has to
1349  * block. This causes io loop to be repeated, and lov switches to the next
1350  * sub-io in its cl_io_operations::cio_iter_init() implementation.
1351  */
1352
1353 /** IO types */
1354 enum cl_io_type {
1355         /** read system call */
1356         CIT_READ = 1,
1357         /** write system call */
1358         CIT_WRITE,
1359         /** truncate, utime system calls */
1360         CIT_SETATTR,
1361         /** get data version */
1362         CIT_DATA_VERSION,
1363         /**
1364          * page fault handling
1365          */
1366         CIT_FAULT,
1367         /**
1368          * fsync system call handling
1369          * To write out a range of file
1370          */
1371         CIT_FSYNC,
1372         /**
1373          * Miscellaneous io. This is used for occasional io activity that
1374          * doesn't fit into other types. Currently this is used for:
1375          *
1376          *     - cancellation of an extent lock. This io exists as a context
1377          *     to write dirty pages from under the lock being canceled back
1378          *     to the server;
1379          *
1380          *     - VM induced page write-out. An io context for writing page out
1381          *     for memory cleansing;
1382          *
1383          *     - glimpse. An io context to acquire glimpse lock.
1384          *
1385          *     - grouplock. An io context to acquire group lock.
1386          *
1387          * CIT_MISC io is used simply as a context in which locks and pages
1388          * are manipulated. Such io has no internal "process", that is,
1389          * cl_io_loop() is never called for it.
1390          */
1391         CIT_MISC,
1392         /**
1393          * ladvise handling
1394          * To give advice about access of a file
1395          */
1396         CIT_LADVISE,
1397         CIT_OP_NR
1398 };
1399
1400 /**
1401  * States of cl_io state machine
1402  */
1403 enum cl_io_state {
1404         /** Not initialized. */
1405         CIS_ZERO,
1406         /** Initialized. */
1407         CIS_INIT,
1408         /** IO iteration started. */
1409         CIS_IT_STARTED,
1410         /** Locks taken. */
1411         CIS_LOCKED,
1412         /** Actual IO is in progress. */
1413         CIS_IO_GOING,
1414         /** IO for the current iteration finished. */
1415         CIS_IO_FINISHED,
1416         /** Locks released. */
1417         CIS_UNLOCKED,
1418         /** Iteration completed. */
1419         CIS_IT_ENDED,
1420         /** cl_io finalized. */
1421         CIS_FINI
1422 };
1423
1424 /**
1425  * IO state private for a layer.
1426  *
1427  * This is usually embedded into layer session data, rather than allocated
1428  * dynamically.
1429  *
1430  * \see vvp_io, lov_io, osc_io
1431  */
1432 struct cl_io_slice {
1433         struct cl_io                    *cis_io;
1434         /** corresponding object slice. Immutable after creation. */
1435         struct cl_object                *cis_obj;
1436         /** io operations. Immutable after creation. */
1437         const struct cl_io_operations   *cis_iop;
1438         /**
1439          * linkage into a list of all slices for a given cl_io, hanging off
1440          * cl_io::ci_layers. Immutable after creation.
1441          */
1442         struct list_head                cis_linkage;
1443 };
1444
1445 typedef void (*cl_commit_cbt)(const struct lu_env *, struct cl_io *,
1446                               struct cl_page *);
1447
1448 struct cl_read_ahead {
1449         /* Maximum page index the readahead window will end.
1450          * This is determined DLM lock coverage, RPC and stripe boundary.
1451          * cra_end is included. */
1452         pgoff_t cra_end;
1453         /* optimal RPC size for this read, by pages */
1454         unsigned long cra_rpc_size;
1455         /* Release callback. If readahead holds resources underneath, this
1456          * function should be called to release it. */
1457         void    (*cra_release)(const struct lu_env *env, void *cbdata);
1458         /* Callback data for cra_release routine */
1459         void    *cra_cbdata;
1460 };
1461
1462 static inline void cl_read_ahead_release(const struct lu_env *env,
1463                                          struct cl_read_ahead *ra)
1464 {
1465         if (ra->cra_release != NULL)
1466                 ra->cra_release(env, ra->cra_cbdata);
1467         memset(ra, 0, sizeof(*ra));
1468 }
1469
1470
1471 /**
1472  * Per-layer io operations.
1473  * \see vvp_io_ops, lov_io_ops, lovsub_io_ops, osc_io_ops
1474  */
1475 struct cl_io_operations {
1476         /**
1477          * Vector of io state transition methods for every io type.
1478          *
1479          * \see cl_page_operations::io
1480          */
1481         struct {
1482                 /**
1483                  * Prepare io iteration at a given layer.
1484                  *
1485                  * Called top-to-bottom at the beginning of each iteration of
1486                  * "io loop" (if it makes sense for this type of io). Here
1487                  * layer selects what work it will do during this iteration.
1488                  *
1489                  * \see cl_io_operations::cio_iter_fini()
1490                  */
1491                 int (*cio_iter_init) (const struct lu_env *env,
1492                                       const struct cl_io_slice *slice);
1493                 /**
1494                  * Finalize io iteration.
1495                  *
1496                  * Called bottom-to-top at the end of each iteration of "io
1497                  * loop". Here layers can decide whether IO has to be
1498                  * continued.
1499                  *
1500                  * \see cl_io_operations::cio_iter_init()
1501                  */
1502                 void (*cio_iter_fini) (const struct lu_env *env,
1503                                        const struct cl_io_slice *slice);
1504                 /**
1505                  * Collect locks for the current iteration of io.
1506                  *
1507                  * Called top-to-bottom to collect all locks necessary for
1508                  * this iteration. This methods shouldn't actually enqueue
1509                  * anything, instead it should post a lock through
1510                  * cl_io_lock_add(). Once all locks are collected, they are
1511                  * sorted and enqueued in the proper order.
1512                  */
1513                 int  (*cio_lock) (const struct lu_env *env,
1514                                   const struct cl_io_slice *slice);
1515                 /**
1516                  * Finalize unlocking.
1517                  *
1518                  * Called bottom-to-top to finish layer specific unlocking
1519                  * functionality, after generic code released all locks
1520                  * acquired by cl_io_operations::cio_lock().
1521                  */
1522                 void  (*cio_unlock)(const struct lu_env *env,
1523                                     const struct cl_io_slice *slice);
1524                 /**
1525                  * Start io iteration.
1526                  *
1527                  * Once all locks are acquired, called top-to-bottom to
1528                  * commence actual IO. In the current implementation,
1529                  * top-level vvp_io_{read,write}_start() does all the work
1530                  * synchronously by calling generic_file_*(), so other layers
1531                  * are called when everything is done.
1532                  */
1533                 int  (*cio_start)(const struct lu_env *env,
1534                                   const struct cl_io_slice *slice);
1535                 /**
1536                  * Called top-to-bottom at the end of io loop. Here layer
1537                  * might wait for an unfinished asynchronous io.
1538                  */
1539                 void (*cio_end)  (const struct lu_env *env,
1540                                   const struct cl_io_slice *slice);
1541                 /**
1542                  * Called bottom-to-top to notify layers that read/write IO
1543                  * iteration finished, with \a nob bytes transferred.
1544                  */
1545                 void (*cio_advance)(const struct lu_env *env,
1546                                     const struct cl_io_slice *slice,
1547                                     size_t nob);
1548                 /**
1549                  * Called once per io, bottom-to-top to release io resources.
1550                  */
1551                 void (*cio_fini) (const struct lu_env *env,
1552                                   const struct cl_io_slice *slice);
1553         } op[CIT_OP_NR];
1554
1555         /**
1556          * Submit pages from \a queue->c2_qin for IO, and move
1557          * successfully submitted pages into \a queue->c2_qout. Return
1558          * non-zero if failed to submit even the single page. If
1559          * submission failed after some pages were moved into \a
1560          * queue->c2_qout, completion callback with non-zero ioret is
1561          * executed on them.
1562          */
1563         int  (*cio_submit)(const struct lu_env *env,
1564                         const struct cl_io_slice *slice,
1565                         enum cl_req_type crt,
1566                         struct cl_2queue *queue);
1567         /**
1568          * Queue async page for write.
1569          * The difference between cio_submit and cio_queue is that
1570          * cio_submit is for urgent request.
1571          */
1572         int  (*cio_commit_async)(const struct lu_env *env,
1573                         const struct cl_io_slice *slice,
1574                         struct cl_page_list *queue, int from, int to,
1575                         cl_commit_cbt cb);
1576         /**
1577          * Decide maximum read ahead extent
1578          *
1579          * \pre io->ci_type == CIT_READ
1580          */
1581         int (*cio_read_ahead)(const struct lu_env *env,
1582                               const struct cl_io_slice *slice,
1583                               pgoff_t start, struct cl_read_ahead *ra);
1584         /**
1585          * Optional debugging helper. Print given io slice.
1586          */
1587         int (*cio_print)(const struct lu_env *env, void *cookie,
1588                          lu_printer_t p, const struct cl_io_slice *slice);
1589 };
1590
1591 /**
1592  * Flags to lock enqueue procedure.
1593  * \ingroup cl_lock
1594  */
1595 enum cl_enq_flags {
1596         /**
1597          * instruct server to not block, if conflicting lock is found. Instead
1598          * -EWOULDBLOCK is returned immediately.
1599          */
1600         CEF_NONBLOCK     = 0x00000001,
1601         /**
1602          * take lock asynchronously (out of order), as it cannot
1603          * deadlock. This is for LDLM_FL_HAS_INTENT locks used for glimpsing.
1604          */
1605         CEF_ASYNC        = 0x00000002,
1606         /**
1607          * tell the server to instruct (though a flag in the blocking ast) an
1608          * owner of the conflicting lock, that it can drop dirty pages
1609          * protected by this lock, without sending them to the server.
1610          */
1611         CEF_DISCARD_DATA = 0x00000004,
1612         /**
1613          * tell the sub layers that it must be a `real' lock. This is used for
1614          * mmapped-buffer locks and glimpse locks that must be never converted
1615          * into lockless mode.
1616          *
1617          * \see vvp_mmap_locks(), cl_glimpse_lock().
1618          */
1619         CEF_MUST         = 0x00000008,
1620         /**
1621          * tell the sub layers that never request a `real' lock. This flag is
1622          * not used currently.
1623          *
1624          * cl_io::ci_lockreq and CEF_{MUST,NEVER} flags specify lockless
1625          * conversion policy: ci_lockreq describes generic information of lock
1626          * requirement for this IO, especially for locks which belong to the
1627          * object doing IO; however, lock itself may have precise requirements
1628          * that are described by the enqueue flags.
1629          */
1630         CEF_NEVER        = 0x00000010,
1631         /**
1632          * for async glimpse lock.
1633          */
1634         CEF_AGL          = 0x00000020,
1635         /**
1636          * enqueue a lock to test DLM lock existence.
1637          */
1638         CEF_PEEK        = 0x00000040,
1639         /**
1640          * Lock match only. Used by group lock in I/O as group lock
1641          * is known to exist.
1642          */
1643         CEF_LOCK_MATCH  = 0x00000080,
1644         /**
1645          * mask of enq_flags.
1646          */
1647         CEF_MASK         = 0x000000ff,
1648 };
1649
1650 /**
1651  * Link between lock and io. Intermediate structure is needed, because the
1652  * same lock can be part of multiple io's simultaneously.
1653  */
1654 struct cl_io_lock_link {
1655         /** linkage into one of cl_lockset lists. */
1656         struct list_head        cill_linkage;
1657         struct cl_lock          cill_lock;
1658         /** optional destructor */
1659         void                    (*cill_fini)(const struct lu_env *env,
1660                                              struct cl_io_lock_link *link);
1661 };
1662 #define cill_descr      cill_lock.cll_descr
1663
1664 /**
1665  * Lock-set represents a collection of locks, that io needs at a
1666  * time. Generally speaking, client tries to avoid holding multiple locks when
1667  * possible, because
1668  *
1669  *      - holding extent locks over multiple ost's introduces the danger of
1670  *        "cascading timeouts";
1671  *
1672  *      - holding multiple locks over the same ost is still dead-lock prone,
1673  *        see comment in osc_lock_enqueue(),
1674  *
1675  * but there are certain situations where this is unavoidable:
1676  *
1677  *      - O_APPEND writes have to take [0, EOF] lock for correctness;
1678  *
1679  *      - truncate has to take [new-size, EOF] lock for correctness;
1680  *
1681  *      - SNS has to take locks across full stripe for correctness;
1682  *
1683  *      - in the case when user level buffer, supplied to {read,write}(file0),
1684  *        is a part of a memory mapped lustre file, client has to take a dlm
1685  *        locks on file0, and all files that back up the buffer (or a part of
1686  *        the buffer, that is being processed in the current chunk, in any
1687  *        case, there are situations where at least 2 locks are necessary).
1688  *
1689  * In such cases we at least try to take locks in the same consistent
1690  * order. To this end, all locks are first collected, then sorted, and then
1691  * enqueued.
1692  */
1693 struct cl_lockset {
1694         /** locks to be acquired. */
1695         struct list_head  cls_todo;
1696         /** locks acquired. */
1697         struct list_head  cls_done;
1698 };
1699
1700 /**
1701  * Lock requirements(demand) for IO. It should be cl_io_lock_req,
1702  * but 'req' is always to be thought as 'request' :-)
1703  */
1704 enum cl_io_lock_dmd {
1705         /** Always lock data (e.g., O_APPEND). */
1706         CILR_MANDATORY = 0,
1707         /** Layers are free to decide between local and global locking. */
1708         CILR_MAYBE,
1709         /** Never lock: there is no cache (e.g., liblustre). */
1710         CILR_NEVER
1711 };
1712
1713 enum cl_fsync_mode {
1714         /** start writeback, do not wait for them to finish */
1715         CL_FSYNC_NONE  = 0,
1716         /** start writeback and wait for them to finish */
1717         CL_FSYNC_LOCAL = 1,
1718         /** discard all of dirty pages in a specific file range */
1719         CL_FSYNC_DISCARD = 2,
1720         /** start writeback and make sure they have reached storage before
1721          * return. OST_SYNC RPC must be issued and finished */
1722         CL_FSYNC_ALL   = 3
1723 };
1724
1725 struct cl_io_rw_common {
1726         loff_t      crw_pos;
1727         size_t      crw_count;
1728         int         crw_nonblock;
1729 };
1730
1731 /**
1732  * State for io.
1733  *
1734  * cl_io is shared by all threads participating in this IO (in current
1735  * implementation only one thread advances IO, but parallel IO design and
1736  * concurrent copy_*_user() require multiple threads acting on the same IO. It
1737  * is up to these threads to serialize their activities, including updates to
1738  * mutable cl_io fields.
1739  */
1740 struct cl_io {
1741         /** type of this IO. Immutable after creation. */
1742         enum cl_io_type                ci_type;
1743         /** current state of cl_io state machine. */
1744         enum cl_io_state               ci_state;
1745         /** main object this io is against. Immutable after creation. */
1746         struct cl_object              *ci_obj;
1747         /**
1748          * Upper layer io, of which this io is a part of. Immutable after
1749          * creation.
1750          */
1751         struct cl_io                  *ci_parent;
1752         /** List of slices. Immutable after creation. */
1753         struct list_head                ci_layers;
1754         /** list of locks (to be) acquired by this io. */
1755         struct cl_lockset              ci_lockset;
1756         /** lock requirements, this is just a help info for sublayers. */
1757         enum cl_io_lock_dmd            ci_lockreq;
1758         union {
1759                 struct cl_rd_io {
1760                         struct cl_io_rw_common rd;
1761                 } ci_rd;
1762                 struct cl_wr_io {
1763                         struct cl_io_rw_common wr;
1764                         int                    wr_append;
1765                         int                    wr_sync;
1766                 } ci_wr;
1767                 struct cl_io_rw_common ci_rw;
1768                 struct cl_setattr_io {
1769                         struct ost_lvb           sa_attr;
1770                         unsigned int             sa_attr_flags;
1771                         unsigned int             sa_valid;
1772                         int                      sa_stripe_index;
1773                         struct ost_layout        sa_layout;
1774                         const struct lu_fid     *sa_parent_fid;
1775                 } ci_setattr;
1776                 struct cl_data_version_io {
1777                         u64 dv_data_version;
1778                         int dv_flags;
1779                 } ci_data_version;
1780                 struct cl_fault_io {
1781                         /** page index within file. */
1782                         pgoff_t         ft_index;
1783                         /** bytes valid byte on a faulted page. */
1784                         size_t          ft_nob;
1785                         /** writable page? for nopage() only */
1786                         int             ft_writable;
1787                         /** page of an executable? */
1788                         int             ft_executable;
1789                         /** page_mkwrite() */
1790                         int             ft_mkwrite;
1791                         /** resulting page */
1792                         struct cl_page *ft_page;
1793                 } ci_fault;
1794                 struct cl_fsync_io {
1795                         loff_t             fi_start;
1796                         loff_t             fi_end;
1797                         /** file system level fid */
1798                         struct lu_fid     *fi_fid;
1799                         enum cl_fsync_mode fi_mode;
1800                         /* how many pages were written/discarded */
1801                         unsigned int       fi_nr_written;
1802                 } ci_fsync;
1803                 struct cl_ladvise_io {
1804                         __u64                    li_start;
1805                         __u64                    li_end;
1806                         /** file system level fid */
1807                         struct lu_fid           *li_fid;
1808                         enum lu_ladvise_type     li_advice;
1809                         __u64                    li_flags;
1810                 } ci_ladvise;
1811         } u;
1812         struct cl_2queue     ci_queue;
1813         size_t               ci_nob;
1814         int                  ci_result;
1815         unsigned int         ci_continue:1,
1816         /**
1817          * This io has held grouplock, to inform sublayers that
1818          * don't do lockless i/o.
1819          */
1820                              ci_no_srvlock:1,
1821         /**
1822          * The whole IO need to be restarted because layout has been changed
1823          */
1824                              ci_need_restart:1,
1825         /**
1826          * to not refresh layout - the IO issuer knows that the layout won't
1827          * change(page operations, layout change causes all page to be
1828          * discarded), or it doesn't matter if it changes(sync).
1829          */
1830                              ci_ignore_layout:1,
1831         /**
1832          * Need MDS intervention to complete a write. This usually means the
1833          * corresponding component is not initialized for the writing extent.
1834          */
1835                              ci_need_write_intent:1,
1836         /**
1837          * Check if layout changed after the IO finishes. Mainly for HSM
1838          * requirement. If IO occurs to openning files, it doesn't need to
1839          * verify layout because HSM won't release openning files.
1840          * Right now, only two opertaions need to verify layout: glimpse
1841          * and setattr.
1842          */
1843                              ci_verify_layout:1,
1844         /**
1845          * file is released, restore has to to be triggered by vvp layer
1846          */
1847                              ci_restore_needed:1,
1848         /**
1849          * O_NOATIME
1850          */
1851                              ci_noatime:1;
1852         /**
1853          * Number of pages owned by this IO. For invariant checking.
1854          */
1855         unsigned             ci_owned_nr;
1856 };
1857
1858 /** @} cl_io */
1859
1860 /**
1861  * Per-transfer attributes.
1862  */
1863 struct cl_req_attr {
1864         enum cl_req_type cra_type;
1865         u64              cra_flags;
1866         struct cl_page  *cra_page;
1867         /** Generic attributes for the server consumption. */
1868         struct obdo     *cra_oa;
1869         /** Jobid */
1870         char             cra_jobid[LUSTRE_JOBID_SIZE];
1871 };
1872
1873 enum cache_stats_item {
1874         /** how many cache lookups were performed */
1875         CS_lookup = 0,
1876         /** how many times cache lookup resulted in a hit */
1877         CS_hit,
1878         /** how many entities are in the cache right now */
1879         CS_total,
1880         /** how many entities in the cache are actively used (and cannot be
1881          * evicted) right now */
1882         CS_busy,
1883         /** how many entities were created at all */
1884         CS_create,
1885         CS_NR
1886 };
1887
1888 #define CS_NAMES { "lookup", "hit", "total", "busy", "create" }
1889
1890 /**
1891  * Stats for a generic cache (similar to inode, lu_object, etc. caches).
1892  */
1893 struct cache_stats {
1894         const char      *cs_name;
1895         atomic_t        cs_stats[CS_NR];
1896 };
1897
1898 /** These are not exported so far */
1899 void cache_stats_init (struct cache_stats *cs, const char *name);
1900
1901 /**
1902  * Client-side site. This represents particular client stack. "Global"
1903  * variables should (directly or indirectly) be added here to allow multiple
1904  * clients to co-exist in the single address space.
1905  */
1906 struct cl_site {
1907         struct lu_site          cs_lu;
1908         /**
1909          * Statistical counters. Atomics do not scale, something better like
1910          * per-cpu counters is needed.
1911          *
1912          * These are exported as /proc/fs/lustre/llite/.../site
1913          *
1914          * When interpreting keep in mind that both sub-locks (and sub-pages)
1915          * and top-locks (and top-pages) are accounted here.
1916          */
1917         struct cache_stats      cs_pages;
1918         atomic_t                cs_pages_state[CPS_NR];
1919 };
1920
1921 int  cl_site_init(struct cl_site *s, struct cl_device *top);
1922 void cl_site_fini(struct cl_site *s);
1923 void cl_stack_fini(const struct lu_env *env, struct cl_device *cl);
1924
1925 /**
1926  * Output client site statistical counters into a buffer. Suitable for
1927  * ll_rd_*()-style functions.
1928  */
1929 int cl_site_stats_print(const struct cl_site *site, struct seq_file *m);
1930
1931 /**
1932  * \name helpers
1933  *
1934  * Type conversion and accessory functions.
1935  */
1936 /** @{ */
1937
1938 static inline struct cl_site *lu2cl_site(const struct lu_site *site)
1939 {
1940         return container_of(site, struct cl_site, cs_lu);
1941 }
1942
1943 static inline struct cl_device *lu2cl_dev(const struct lu_device *d)
1944 {
1945         LASSERT(d == NULL || IS_ERR(d) || lu_device_is_cl(d));
1946         return container_of0(d, struct cl_device, cd_lu_dev);
1947 }
1948
1949 static inline struct lu_device *cl2lu_dev(struct cl_device *d)
1950 {
1951         return &d->cd_lu_dev;
1952 }
1953
1954 static inline struct cl_object *lu2cl(const struct lu_object *o)
1955 {
1956         LASSERT(o == NULL || IS_ERR(o) || lu_device_is_cl(o->lo_dev));
1957         return container_of0(o, struct cl_object, co_lu);
1958 }
1959
1960 static inline const struct cl_object_conf *
1961 lu2cl_conf(const struct lu_object_conf *conf)
1962 {
1963         return container_of0(conf, struct cl_object_conf, coc_lu);
1964 }
1965
1966 static inline struct cl_object *cl_object_next(const struct cl_object *obj)
1967 {
1968         return obj ? lu2cl(lu_object_next(&obj->co_lu)) : NULL;
1969 }
1970
1971 static inline struct cl_object_header *luh2coh(const struct lu_object_header *h)
1972 {
1973         return container_of0(h, struct cl_object_header, coh_lu);
1974 }
1975
1976 static inline struct cl_site *cl_object_site(const struct cl_object *obj)
1977 {
1978         return lu2cl_site(obj->co_lu.lo_dev->ld_site);
1979 }
1980
1981 static inline
1982 struct cl_object_header *cl_object_header(const struct cl_object *obj)
1983 {
1984         return luh2coh(obj->co_lu.lo_header);
1985 }
1986
1987 static inline int cl_device_init(struct cl_device *d, struct lu_device_type *t)
1988 {
1989         return lu_device_init(&d->cd_lu_dev, t);
1990 }
1991
1992 static inline void cl_device_fini(struct cl_device *d)
1993 {
1994         lu_device_fini(&d->cd_lu_dev);
1995 }
1996
1997 void cl_page_slice_add(struct cl_page *page, struct cl_page_slice *slice,
1998                        struct cl_object *obj, pgoff_t index,
1999                        const struct cl_page_operations *ops);
2000 void cl_lock_slice_add(struct cl_lock *lock, struct cl_lock_slice *slice,
2001                        struct cl_object *obj,
2002                        const struct cl_lock_operations *ops);
2003 void cl_io_slice_add(struct cl_io *io, struct cl_io_slice *slice,
2004                      struct cl_object *obj, const struct cl_io_operations *ops);
2005 /** @} helpers */
2006
2007 /** \defgroup cl_object cl_object
2008  * @{ */
2009 struct cl_object *cl_object_top (struct cl_object *o);
2010 struct cl_object *cl_object_find(const struct lu_env *env, struct cl_device *cd,
2011                                  const struct lu_fid *fid,
2012                                  const struct cl_object_conf *c);
2013
2014 int  cl_object_header_init(struct cl_object_header *h);
2015 void cl_object_header_fini(struct cl_object_header *h);
2016 void cl_object_put        (const struct lu_env *env, struct cl_object *o);
2017 void cl_object_get        (struct cl_object *o);
2018 void cl_object_attr_lock  (struct cl_object *o);
2019 void cl_object_attr_unlock(struct cl_object *o);
2020 int  cl_object_attr_get(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2021                         struct cl_attr *attr);
2022 int  cl_object_attr_update(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2023                            const struct cl_attr *attr, unsigned valid);
2024 int  cl_object_glimpse    (const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2025                            struct ost_lvb *lvb);
2026 int  cl_conf_set          (const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2027                            const struct cl_object_conf *conf);
2028 int  cl_object_prune      (const struct lu_env *env, struct cl_object *obj);
2029 void cl_object_kill       (const struct lu_env *env, struct cl_object *obj);
2030 int cl_object_getstripe(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2031                         struct lov_user_md __user *lum);
2032 int cl_object_fiemap(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2033                      struct ll_fiemap_info_key *fmkey, struct fiemap *fiemap,
2034                      size_t *buflen);
2035 int cl_object_layout_get(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2036                          struct cl_layout *cl);
2037 loff_t cl_object_maxbytes(struct cl_object *obj);
2038
2039 /**
2040  * Returns true, iff \a o0 and \a o1 are slices of the same object.
2041  */
2042 static inline int cl_object_same(struct cl_object *o0, struct cl_object *o1)
2043 {
2044         return cl_object_header(o0) == cl_object_header(o1);
2045 }
2046
2047 static inline void cl_object_page_init(struct cl_object *clob, int size)
2048 {
2049         clob->co_slice_off = cl_object_header(clob)->coh_page_bufsize;
2050         cl_object_header(clob)->coh_page_bufsize += cfs_size_round(size);
2051         WARN_ON(cl_object_header(clob)->coh_page_bufsize > 512);
2052 }
2053
2054 static inline void *cl_object_page_slice(struct cl_object *clob,
2055                                          struct cl_page *page)
2056 {
2057         return (void *)((char *)page + clob->co_slice_off);
2058 }
2059
2060 /**
2061  * Return refcount of cl_object.
2062  */
2063 static inline int cl_object_refc(struct cl_object *clob)
2064 {
2065         struct lu_object_header *header = clob->co_lu.lo_header;
2066         return atomic_read(&header->loh_ref);
2067 }
2068
2069 /** @} cl_object */
2070
2071 /** \defgroup cl_page cl_page
2072  * @{ */
2073 enum {
2074         CLP_GANG_OKAY = 0,
2075         CLP_GANG_RESCHED,
2076         CLP_GANG_AGAIN,
2077         CLP_GANG_ABORT
2078 };
2079 /* callback of cl_page_gang_lookup() */
2080
2081 struct cl_page *cl_page_find        (const struct lu_env *env,
2082                                      struct cl_object *obj,
2083                                      pgoff_t idx, struct page *vmpage,
2084                                      enum cl_page_type type);
2085 struct cl_page *cl_page_alloc       (const struct lu_env *env,
2086                                      struct cl_object *o, pgoff_t ind,
2087                                      struct page *vmpage,
2088                                      enum cl_page_type type);
2089 void            cl_page_get         (struct cl_page *page);
2090 void            cl_page_put         (const struct lu_env *env,
2091                                      struct cl_page *page);
2092 void            cl_page_print       (const struct lu_env *env, void *cookie,
2093                                      lu_printer_t printer,
2094                                      const struct cl_page *pg);
2095 void            cl_page_header_print(const struct lu_env *env, void *cookie,
2096                                      lu_printer_t printer,
2097                                      const struct cl_page *pg);
2098 struct cl_page *cl_vmpage_page      (struct page *vmpage, struct cl_object *obj);
2099 struct cl_page *cl_page_top         (struct cl_page *page);
2100
2101 const struct cl_page_slice *cl_page_at(const struct cl_page *page,
2102                                        const struct lu_device_type *dtype);
2103
2104 /**
2105  * \name ownership
2106  *
2107  * Functions dealing with the ownership of page by io.
2108  */
2109 /** @{ */
2110
2111 int  cl_page_own        (const struct lu_env *env,
2112                          struct cl_io *io, struct cl_page *page);
2113 int  cl_page_own_try    (const struct lu_env *env,
2114                          struct cl_io *io, struct cl_page *page);
2115 void cl_page_assume     (const struct lu_env *env,
2116                          struct cl_io *io, struct cl_page *page);
2117 void cl_page_unassume   (const struct lu_env *env,
2118                          struct cl_io *io, struct cl_page *pg);
2119 void cl_page_disown     (const struct lu_env *env,
2120                          struct cl_io *io, struct cl_page *page);
2121 int  cl_page_is_owned   (const struct cl_page *pg, const struct cl_io *io);
2122
2123 /** @} ownership */
2124
2125 /**
2126  * \name transfer
2127  *
2128  * Functions dealing with the preparation of a page for a transfer, and
2129  * tracking transfer state.
2130  */
2131 /** @{ */
2132 int  cl_page_prep       (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2133                          struct cl_page *pg, enum cl_req_type crt);
2134 void cl_page_completion (const struct lu_env *env,
2135                          struct cl_page *pg, enum cl_req_type crt, int ioret);
2136 int  cl_page_make_ready (const struct lu_env *env, struct cl_page *pg,
2137                          enum cl_req_type crt);
2138 int  cl_page_cache_add  (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2139                          struct cl_page *pg, enum cl_req_type crt);
2140 void cl_page_clip       (const struct lu_env *env, struct cl_page *pg,
2141                          int from, int to);
2142 int  cl_page_cancel     (const struct lu_env *env, struct cl_page *page);
2143 int  cl_page_flush      (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2144                          struct cl_page *pg);
2145
2146 /** @} transfer */
2147
2148
2149 /**
2150  * \name helper routines
2151  * Functions to discard, delete and export a cl_page.
2152  */
2153 /** @{ */
2154 void    cl_page_discard(const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2155                         struct cl_page *pg);
2156 void    cl_page_delete(const struct lu_env *env, struct cl_page *pg);
2157 int     cl_page_is_vmlocked(const struct lu_env *env,
2158                             const struct cl_page *pg);
2159 void    cl_page_export(const struct lu_env *env,
2160                        struct cl_page *pg, int uptodate);
2161 loff_t  cl_offset(const struct cl_object *obj, pgoff_t idx);
2162 pgoff_t cl_index(const struct cl_object *obj, loff_t offset);
2163 size_t  cl_page_size(const struct cl_object *obj);
2164
2165 void cl_lock_print(const struct lu_env *env, void *cookie,
2166                    lu_printer_t printer, const struct cl_lock *lock);
2167 void cl_lock_descr_print(const struct lu_env *env, void *cookie,
2168                          lu_printer_t printer,
2169                          const struct cl_lock_descr *descr);
2170 /* @} helper */
2171
2172 /**
2173  * Data structure managing a client's cached pages. A count of
2174  * "unstable" pages is maintained, and an LRU of clean pages is
2175  * maintained. "unstable" pages are pages pinned by the ptlrpc
2176  * layer for recovery purposes.
2177  */
2178 struct cl_client_cache {
2179         /**
2180          * # of client cache refcount
2181          * # of users (OSCs) + 2 (held by llite and lov)
2182          */
2183         atomic_t                ccc_users;
2184         /**
2185          * # of threads are doing shrinking
2186          */
2187         unsigned int            ccc_lru_shrinkers;
2188         /**
2189          * # of LRU entries available
2190          */
2191         atomic_long_t           ccc_lru_left;
2192         /**
2193          * List of entities(OSCs) for this LRU cache
2194          */
2195         struct list_head        ccc_lru;
2196         /**
2197          * Max # of LRU entries
2198          */
2199         unsigned long           ccc_lru_max;
2200         /**
2201          * Lock to protect ccc_lru list
2202          */
2203         spinlock_t              ccc_lru_lock;
2204         /**
2205          * Set if unstable check is enabled
2206          */
2207         unsigned int            ccc_unstable_check:1;
2208         /**
2209          * # of unstable pages for this mount point
2210          */
2211         atomic_long_t           ccc_unstable_nr;
2212         /**
2213          * Waitq for awaiting unstable pages to reach zero.
2214          * Used at umounting time and signaled on BRW commit
2215          */
2216         wait_queue_head_t       ccc_unstable_waitq;
2217 };
2218 /**
2219  * cl_cache functions
2220  */
2221 struct cl_client_cache *cl_cache_init(unsigned long lru_page_max);
2222 void cl_cache_incref(struct cl_client_cache *cache);
2223 void cl_cache_decref(struct cl_client_cache *cache);
2224
2225 /** @} cl_page */
2226
2227 /** \defgroup cl_lock cl_lock
2228  * @{ */
2229 int cl_lock_request(const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2230                     struct cl_lock *lock);
2231 int cl_lock_init(const struct lu_env *env, struct cl_lock *lock,
2232                  const struct cl_io *io);
2233 void cl_lock_fini(const struct lu_env *env, struct cl_lock *lock);
2234 const struct cl_lock_slice *cl_lock_at(const struct cl_lock *lock,
2235                                        const struct lu_device_type *dtype);
2236 void cl_lock_release(const struct lu_env *env, struct cl_lock *lock);
2237
2238 int cl_lock_enqueue(const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2239                     struct cl_lock *lock, struct cl_sync_io *anchor);
2240 void cl_lock_cancel(const struct lu_env *env, struct cl_lock *lock);
2241
2242 /** @} cl_lock */
2243
2244 /** \defgroup cl_io cl_io
2245  * @{ */
2246
2247 int   cl_io_init         (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2248                           enum cl_io_type iot, struct cl_object *obj);
2249 int   cl_io_sub_init     (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2250                           enum cl_io_type iot, struct cl_object *obj);
2251 int   cl_io_rw_init      (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2252                           enum cl_io_type iot, loff_t pos, size_t count);
2253 int   cl_io_loop         (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2254
2255 void  cl_io_fini         (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2256 int   cl_io_iter_init    (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2257 void  cl_io_iter_fini    (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2258 int   cl_io_lock         (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2259 void  cl_io_unlock       (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2260 int   cl_io_start        (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2261 void  cl_io_end          (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2262 int   cl_io_lock_add     (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2263                           struct cl_io_lock_link *link);
2264 int   cl_io_lock_alloc_add(const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2265                            struct cl_lock_descr *descr);
2266 int   cl_io_submit_rw    (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2267                           enum cl_req_type iot, struct cl_2queue *queue);
2268 int   cl_io_submit_sync  (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2269                           enum cl_req_type iot, struct cl_2queue *queue,
2270                           long timeout);
2271 int   cl_io_commit_async (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2272                           struct cl_page_list *queue, int from, int to,
2273                           cl_commit_cbt cb);
2274 int   cl_io_read_ahead   (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2275                           pgoff_t start, struct cl_read_ahead *ra);
2276 void  cl_io_rw_advance   (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2277                           size_t nob);
2278 int   cl_io_cancel       (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2279                           struct cl_page_list *queue);
2280
2281 /**
2282  * True, iff \a io is an O_APPEND write(2).
2283  */
2284 static inline int cl_io_is_append(const struct cl_io *io)
2285 {
2286         return io->ci_type == CIT_WRITE && io->u.ci_wr.wr_append;
2287 }
2288
2289 static inline int cl_io_is_sync_write(const struct cl_io *io)
2290 {
2291         return io->ci_type == CIT_WRITE && io->u.ci_wr.wr_sync;
2292 }
2293
2294 static inline int cl_io_is_mkwrite(const struct cl_io *io)
2295 {
2296         return io->ci_type == CIT_FAULT && io->u.ci_fault.ft_mkwrite;
2297 }
2298
2299 /**
2300  * True, iff \a io is a truncate(2).
2301  */
2302 static inline int cl_io_is_trunc(const struct cl_io *io)
2303 {
2304         return io->ci_type == CIT_SETATTR &&
2305                 (io->u.ci_setattr.sa_valid & ATTR_SIZE);
2306 }
2307
2308 struct cl_io *cl_io_top(struct cl_io *io);
2309
2310 void cl_io_print(const struct lu_env *env, void *cookie,
2311                  lu_printer_t printer, const struct cl_io *io);
2312
2313 #define CL_IO_SLICE_CLEAN(foo_io, base)                                 \
2314 do {                                                                    \
2315         typeof(foo_io) __foo_io = (foo_io);                             \
2316                                                                         \
2317         CLASSERT(offsetof(typeof(*__foo_io), base) == 0);               \
2318         memset(&__foo_io->base + 1, 0,                                  \
2319                (sizeof *__foo_io) - sizeof __foo_io->base);             \
2320 } while (0)
2321
2322 /** @} cl_io */
2323
2324 /** \defgroup cl_page_list cl_page_list
2325  * @{ */
2326
2327 /**
2328  * Last page in the page list.
2329  */
2330 static inline struct cl_page *cl_page_list_last(struct cl_page_list *plist)
2331 {
2332         LASSERT(plist->pl_nr > 0);
2333         return list_entry(plist->pl_pages.prev, struct cl_page, cp_batch);
2334 }
2335
2336 static inline struct cl_page *cl_page_list_first(struct cl_page_list *plist)
2337 {
2338         LASSERT(plist->pl_nr > 0);
2339         return list_entry(plist->pl_pages.next, struct cl_page, cp_batch);
2340 }
2341
2342 /**
2343  * Iterate over pages in a page list.
2344  */
2345 #define cl_page_list_for_each(page, list)                               \
2346         list_for_each_entry((page), &(list)->pl_pages, cp_batch)
2347
2348 /**
2349  * Iterate over pages in a page list, taking possible removals into account.
2350  */
2351 #define cl_page_list_for_each_safe(page, temp, list)                    \
2352         list_for_each_entry_safe((page), (temp), &(list)->pl_pages, cp_batch)
2353
2354 void cl_page_list_init   (struct cl_page_list *plist);
2355 void cl_page_list_add    (struct cl_page_list *plist, struct cl_page *page);
2356 void cl_page_list_move   (struct cl_page_list *dst, struct cl_page_list *src,
2357                           struct cl_page *page);
2358 void cl_page_list_move_head(struct cl_page_list *dst, struct cl_page_list *src,
2359                           struct cl_page *page);
2360 void cl_page_list_splice (struct cl_page_list *list,
2361                           struct cl_page_list *head);
2362 void cl_page_list_del    (const struct lu_env *env,
2363                           struct cl_page_list *plist, struct cl_page *page);
2364 void cl_page_list_disown (const struct lu_env *env,
2365                           struct cl_io *io, struct cl_page_list *plist);
2366 void cl_page_list_assume (const struct lu_env *env,
2367                           struct cl_io *io, struct cl_page_list *plist);
2368 void cl_page_list_discard(const struct lu_env *env,
2369                           struct cl_io *io, struct cl_page_list *plist);
2370 void cl_page_list_fini   (const struct lu_env *env, struct cl_page_list *plist);
2371
2372 void cl_2queue_init     (struct cl_2queue *queue);
2373 void cl_2queue_add      (struct cl_2queue *queue, struct cl_page *page);
2374 void cl_2queue_disown   (const struct lu_env *env,
2375                          struct cl_io *io, struct cl_2queue *queue);
2376 void cl_2queue_assume   (const struct lu_env *env,
2377                          struct cl_io *io, struct cl_2queue *queue);
2378 void cl_2queue_discard  (const struct lu_env *env,
2379                          struct cl_io *io, struct cl_2queue *queue);
2380 void cl_2queue_fini     (const struct lu_env *env, struct cl_2queue *queue);
2381 void cl_2queue_init_page(struct cl_2queue *queue, struct cl_page *page);
2382
2383 /** @} cl_page_list */
2384
2385 void cl_req_attr_set(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2386                      struct cl_req_attr *attr);
2387
2388 /** \defgroup cl_sync_io cl_sync_io
2389  * @{ */
2390
2391 /**
2392  * Anchor for synchronous transfer. This is allocated on a stack by thread
2393  * doing synchronous transfer, and a pointer to this structure is set up in
2394  * every page submitted for transfer. Transfer completion routine updates
2395  * anchor and wakes up waiting thread when transfer is complete.
2396  */
2397 struct cl_sync_io {
2398         /** number of pages yet to be transferred. */
2399         atomic_t                csi_sync_nr;
2400         /** error code. */
2401         int                     csi_sync_rc;
2402         /** barrier of destroy this structure */
2403         atomic_t                csi_barrier;
2404         /** completion to be signaled when transfer is complete. */
2405         wait_queue_head_t       csi_waitq;
2406         /** callback to invoke when this IO is finished */
2407         void                    (*csi_end_io)(const struct lu_env *,
2408                                               struct cl_sync_io *);
2409 };
2410
2411 void cl_sync_io_init(struct cl_sync_io *anchor, int nr,
2412                      void (*end)(const struct lu_env *, struct cl_sync_io *));
2413 int  cl_sync_io_wait(const struct lu_env *env, struct cl_sync_io *anchor,
2414                      long timeout);
2415 void cl_sync_io_note(const struct lu_env *env, struct cl_sync_io *anchor,
2416                      int ioret);
2417 void cl_sync_io_end(const struct lu_env *env, struct cl_sync_io *anchor);
2418
2419 /** @} cl_sync_io */
2420
2421 /** \defgroup cl_env cl_env
2422  *
2423  * lu_env handling for a client.
2424  *
2425  * lu_env is an environment within which lustre code executes. Its major part
2426  * is lu_context---a fast memory allocation mechanism that is used to conserve
2427  * precious kernel stack space. Originally lu_env was designed for a server,
2428  * where
2429  *
2430  *     - there is a (mostly) fixed number of threads, and
2431  *
2432  *     - call chains have no non-lustre portions inserted between lustre code.
2433  *
2434  * On a client both these assumtpion fails, because every user thread can
2435  * potentially execute lustre code as part of a system call, and lustre calls
2436  * into VFS or MM that call back into lustre.
2437  *
2438  * To deal with that, cl_env wrapper functions implement the following
2439  * optimizations:
2440  *
2441  *     - allocation and destruction of environment is amortized by caching no
2442  *     longer used environments instead of destroying them;
2443  *
2444  * \see lu_env, lu_context, lu_context_key
2445  * @{ */
2446
2447 struct lu_env *cl_env_get(__u16 *refcheck);
2448 struct lu_env *cl_env_alloc(__u16 *refcheck, __u32 tags);
2449 void cl_env_put(struct lu_env *env, __u16 *refcheck);
2450 unsigned cl_env_cache_purge(unsigned nr);
2451 struct lu_env *cl_env_percpu_get(void);
2452 void cl_env_percpu_put(struct lu_env *env);
2453
2454 /** @} cl_env */
2455
2456 /*
2457  * Misc
2458  */
2459 void cl_attr2lvb(struct ost_lvb *lvb, const struct cl_attr *attr);
2460 void cl_lvb2attr(struct cl_attr *attr, const struct ost_lvb *lvb);
2461
2462 struct cl_device *cl_type_setup(const struct lu_env *env, struct lu_site *site,
2463                                 struct lu_device_type *ldt,
2464                                 struct lu_device *next);
2465 /** @} clio */
2466
2467 int cl_global_init(void);
2468 void cl_global_fini(void);
2469
2470 #endif /* _LINUX_CL_OBJECT_H */