Whamcloud - gitweb
LU-9409 llite: Add tiny write support
[fs/lustre-release.git] / lustre / include / cl_object.h
1 /*
2  * GPL HEADER START
3  *
4  * DO NOT ALTER OR REMOVE COPYRIGHT NOTICES OR THIS FILE HEADER.
5  *
6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
7  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 only,
8  * as published by the Free Software Foundation.
9  *
10  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
11  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
13  * General Public License version 2 for more details (a copy is included
14  * in the LICENSE file that accompanied this code).
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
17  * version 2 along with this program; If not, see
18  * http://www.gnu.org/licenses/gpl-2.0.html
19  *
20  * GPL HEADER END
21  */
22 /*
23  * Copyright (c) 2008, 2010, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
24  * Use is subject to license terms.
25  *
26  * Copyright (c) 2011, 2017, Intel Corporation.
27  */
28 /*
29  * This file is part of Lustre, http://www.lustre.org/
30  * Lustre is a trademark of Sun Microsystems, Inc.
31  */
32 #ifndef _LUSTRE_CL_OBJECT_H
33 #define _LUSTRE_CL_OBJECT_H
34
35 /** \defgroup clio clio
36  *
37  * Client objects implement io operations and cache pages.
38  *
39  * Examples: lov and osc are implementations of cl interface.
40  *
41  * Big Theory Statement.
42  *
43  * Layered objects.
44  *
45  * Client implementation is based on the following data-types:
46  *
47  *   - cl_object
48  *
49  *   - cl_page
50  *
51  *   - cl_lock     represents an extent lock on an object.
52  *
53  *   - cl_io       represents high-level i/o activity such as whole read/write
54  *                 system call, or write-out of pages from under the lock being
55  *                 canceled. cl_io has sub-ios that can be stopped and resumed
56  *                 independently, thus achieving high degree of transfer
57  *                 parallelism. Single cl_io can be advanced forward by
58  *                 the multiple threads (although in the most usual case of
59  *                 read/write system call it is associated with the single user
60  *                 thread, that issued the system call).
61  *
62  * Terminology
63  *
64  *     - to avoid confusion high-level I/O operation like read or write system
65  *     call is referred to as "an io", whereas low-level I/O operation, like
66  *     RPC, is referred to as "a transfer"
67  *
68  *     - "generic code" means generic (not file system specific) code in the
69  *     hosting environment. "cl-code" means code (mostly in cl_*.c files) that
70  *     is not layer specific.
71  *
72  * Locking.
73  *
74  *  - i_mutex
75  *      - PG_locked
76  *          - cl_object_header::coh_page_guard
77  *          - lu_site::ls_guard
78  *
79  * See the top comment in cl_object.c for the description of overall locking and
80  * reference-counting design.
81  *
82  * See comments below for the description of i/o, page, and dlm-locking
83  * design.
84  *
85  * @{
86  */
87
88 /*
89  * super-class definitions.
90  */
91 #include <linux/aio.h>
92 #include <linux/fs.h>
93
94 #include <libcfs/libcfs.h>
95 #include <libcfs/libcfs_ptask.h>
96 #include <lu_object.h>
97 #include <linux/atomic.h>
98 #include <linux/mutex.h>
99 #include <linux/radix-tree.h>
100 #include <linux/spinlock.h>
101 #include <linux/wait.h>
102 #include <lustre_dlm.h>
103
104 struct obd_info;
105 struct inode;
106
107 struct cl_device;
108
109 struct cl_object;
110
111 struct cl_page;
112 struct cl_page_slice;
113 struct cl_lock;
114 struct cl_lock_slice;
115
116 struct cl_lock_operations;
117 struct cl_page_operations;
118
119 struct cl_io;
120 struct cl_io_slice;
121
122 struct cl_req_attr;
123
124 extern struct cfs_ptask_engine *cl_io_engine;
125
126 /**
127  * Device in the client stack.
128  *
129  * \see vvp_device, lov_device, lovsub_device, osc_device
130  */
131 struct cl_device {
132         /** Super-class. */
133         struct lu_device                   cd_lu_dev;
134 };
135
136 /** \addtogroup cl_object cl_object
137  * @{ */
138 /**
139  * "Data attributes" of cl_object. Data attributes can be updated
140  * independently for a sub-object, and top-object's attributes are calculated
141  * from sub-objects' ones.
142  */
143 struct cl_attr {
144         /** Object size, in bytes */
145         loff_t cat_size;
146         /**
147          * Known minimal size, in bytes.
148          *
149          * This is only valid when at least one DLM lock is held.
150          */
151         loff_t cat_kms;
152         /** Modification time. Measured in seconds since epoch. */
153         time64_t cat_mtime;
154         /** Access time. Measured in seconds since epoch. */
155         time64_t cat_atime;
156         /** Change time. Measured in seconds since epoch. */
157         time64_t cat_ctime;
158         /**
159          * Blocks allocated to this cl_object on the server file system.
160          *
161          * \todo XXX An interface for block size is needed.
162          */
163         __u64  cat_blocks;
164         /**
165          * User identifier for quota purposes.
166          */
167         uid_t  cat_uid;
168         /**
169          * Group identifier for quota purposes.
170          */
171         gid_t  cat_gid;
172
173         /* nlink of the directory */
174         __u64  cat_nlink;
175
176         /* Project identifier for quota purpose. */
177         __u32  cat_projid;
178 };
179
180 /**
181  * Fields in cl_attr that are being set.
182  */
183 enum cl_attr_valid {
184         CAT_SIZE   = 1 << 0,
185         CAT_KMS    = 1 << 1,
186         CAT_MTIME  = 1 << 3,
187         CAT_ATIME  = 1 << 4,
188         CAT_CTIME  = 1 << 5,
189         CAT_BLOCKS = 1 << 6,
190         CAT_UID    = 1 << 7,
191         CAT_GID    = 1 << 8,
192         CAT_PROJID = 1 << 9
193 };
194
195 /**
196  * Sub-class of lu_object with methods common for objects on the client
197  * stacks.
198  *
199  * cl_object: represents a regular file system object, both a file and a
200  *    stripe. cl_object is based on lu_object: it is identified by a fid,
201  *    layered, cached, hashed, and lrued. Important distinction with the server
202  *    side, where md_object and dt_object are used, is that cl_object "fans out"
203  *    at the lov/sns level: depending on the file layout, single file is
204  *    represented as a set of "sub-objects" (stripes). At the implementation
205  *    level, struct lov_object contains an array of cl_objects. Each sub-object
206  *    is a full-fledged cl_object, having its fid, living in the lru and hash
207  *    table.
208  *
209  *    This leads to the next important difference with the server side: on the
210  *    client, it's quite usual to have objects with the different sequence of
211  *    layers. For example, typical top-object is composed of the following
212  *    layers:
213  *
214  *        - vvp
215  *        - lov
216  *
217  *    whereas its sub-objects are composed of
218  *
219  *        - lovsub
220  *        - osc
221  *
222  *    layers. Here "lovsub" is a mostly dummy layer, whose purpose is to keep
223  *    track of the object-subobject relationship.
224  *
225  *    Sub-objects are not cached independently: when top-object is about to
226  *    be discarded from the memory, all its sub-objects are torn-down and
227  *    destroyed too.
228  *
229  * \see vvp_object, lov_object, lovsub_object, osc_object
230  */
231 struct cl_object {
232         /** super class */
233         struct lu_object                   co_lu;
234         /** per-object-layer operations */
235         const struct cl_object_operations *co_ops;
236         /** offset of page slice in cl_page buffer */
237         int                                co_slice_off;
238 };
239
240 /**
241  * Description of the client object configuration. This is used for the
242  * creation of a new client object that is identified by a more state than
243  * fid.
244  */
245 struct cl_object_conf {
246         /** Super-class. */
247         struct lu_object_conf     coc_lu;
248         union {
249                 /**
250                  * Object layout. This is consumed by lov.
251                  */
252                 struct lu_buf    coc_layout;
253                 /**
254                  * Description of particular stripe location in the
255                  * cluster. This is consumed by osc.
256                  */
257                 struct lov_oinfo *coc_oinfo;
258         } u;
259         /**
260          * VFS inode. This is consumed by vvp.
261          */
262         struct inode             *coc_inode;
263         /**
264          * Layout lock handle.
265          */
266         struct ldlm_lock         *coc_lock;
267         /**
268          * Operation to handle layout, OBJECT_CONF_XYZ.
269          */
270         int                       coc_opc;
271 };
272
273 enum {
274         /** configure layout, set up a new stripe, must be called while
275          * holding layout lock. */
276         OBJECT_CONF_SET = 0,
277         /** invalidate the current stripe configuration due to losing
278          * layout lock. */
279         OBJECT_CONF_INVALIDATE = 1,
280         /** wait for old layout to go away so that new layout can be
281          * set up. */
282         OBJECT_CONF_WAIT = 2
283 };
284
285 enum {
286         CL_LAYOUT_GEN_NONE      = (u32)-2,      /* layout lock was cancelled */
287         CL_LAYOUT_GEN_EMPTY     = (u32)-1,      /* for empty layout */
288 };
289
290 struct cl_layout {
291         /** the buffer to return the layout in lov_mds_md format. */
292         struct lu_buf   cl_buf;
293         /** size of layout in lov_mds_md format. */
294         size_t          cl_size;
295         /** size of DoM component if exists or zero otherwise */
296         u64             cl_dom_comp_size;
297         /** Layout generation. */
298         u32             cl_layout_gen;
299         /** whether layout is a composite one */
300         bool            cl_is_composite;
301 };
302
303 /**
304  * Operations implemented for each cl object layer.
305  *
306  * \see vvp_ops, lov_ops, lovsub_ops, osc_ops
307  */
308 struct cl_object_operations {
309         /**
310          * Initialize page slice for this layer. Called top-to-bottom through
311          * every object layer when a new cl_page is instantiated. Layer
312          * keeping private per-page data, or requiring its own page operations
313          * vector should allocate these data here, and attach then to the page
314          * by calling cl_page_slice_add(). \a vmpage is locked (in the VM
315          * sense). Optional.
316          *
317          * \retval NULL success.
318          *
319          * \retval ERR_PTR(errno) failure code.
320          *
321          * \retval valid-pointer pointer to already existing referenced page
322          *         to be used instead of newly created.
323          */
324         int  (*coo_page_init)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
325                                 struct cl_page *page, pgoff_t index);
326         /**
327          * Initialize lock slice for this layer. Called top-to-bottom through
328          * every object layer when a new cl_lock is instantiated. Layer
329          * keeping private per-lock data, or requiring its own lock operations
330          * vector should allocate these data here, and attach then to the lock
331          * by calling cl_lock_slice_add(). Mandatory.
332          */
333         int  (*coo_lock_init)(const struct lu_env *env,
334                               struct cl_object *obj, struct cl_lock *lock,
335                               const struct cl_io *io);
336         /**
337          * Initialize io state for a given layer.
338          *
339          * called top-to-bottom once per io existence to initialize io
340          * state. If layer wants to keep some state for this type of io, it
341          * has to embed struct cl_io_slice in lu_env::le_ses, and register
342          * slice with cl_io_slice_add(). It is guaranteed that all threads
343          * participating in this io share the same session.
344          */
345         int  (*coo_io_init)(const struct lu_env *env,
346                             struct cl_object *obj, struct cl_io *io);
347         /**
348          * Fill portion of \a attr that this layer controls. This method is
349          * called top-to-bottom through all object layers.
350          *
351          * \pre cl_object_header::coh_attr_guard of the top-object is locked.
352          *
353          * \return   0: to continue
354          * \return +ve: to stop iterating through layers (but 0 is returned
355          *              from enclosing cl_object_attr_get())
356          * \return -ve: to signal error
357          */
358         int (*coo_attr_get)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
359                             struct cl_attr *attr);
360         /**
361          * Update attributes.
362          *
363          * \a valid is a bitmask composed from enum #cl_attr_valid, and
364          * indicating what attributes are to be set.
365          *
366          * \pre cl_object_header::coh_attr_guard of the top-object is locked.
367          *
368          * \return the same convention as for
369          * cl_object_operations::coo_attr_get() is used.
370          */
371         int (*coo_attr_update)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
372                                const struct cl_attr *attr, unsigned valid);
373         /**
374          * Update object configuration. Called top-to-bottom to modify object
375          * configuration.
376          *
377          * XXX error conditions and handling.
378          */
379         int (*coo_conf_set)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
380                             const struct cl_object_conf *conf);
381         /**
382          * Glimpse ast. Executed when glimpse ast arrives for a lock on this
383          * object. Layers are supposed to fill parts of \a lvb that will be
384          * shipped to the glimpse originator as a glimpse result.
385          *
386          * \see vvp_object_glimpse(), lovsub_object_glimpse(),
387          * \see osc_object_glimpse()
388          */
389         int (*coo_glimpse)(const struct lu_env *env,
390                            const struct cl_object *obj, struct ost_lvb *lvb);
391         /**
392          * Object prune method. Called when the layout is going to change on
393          * this object, therefore each layer has to clean up their cache,
394          * mainly pages and locks.
395          */
396         int (*coo_prune)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj);
397         /**
398          * Object getstripe method.
399          */
400         int (*coo_getstripe)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
401                              struct lov_user_md __user *lum, size_t size);
402         /**
403          * Get FIEMAP mapping from the object.
404          */
405         int (*coo_fiemap)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
406                           struct ll_fiemap_info_key *fmkey,
407                           struct fiemap *fiemap, size_t *buflen);
408         /**
409          * Get layout and generation of the object.
410          */
411         int (*coo_layout_get)(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
412                               struct cl_layout *layout);
413         /**
414          * Get maximum size of the object.
415          */
416         loff_t (*coo_maxbytes)(struct cl_object *obj);
417         /**
418          * Set request attributes.
419          */
420         void (*coo_req_attr_set)(const struct lu_env *env,
421                                  struct cl_object *obj,
422                                  struct cl_req_attr *attr);
423 };
424
425 /**
426  * Extended header for client object.
427  */
428 struct cl_object_header {
429         /** Standard lu_object_header. cl_object::co_lu::lo_header points
430          * here. */
431         struct lu_object_header coh_lu;
432
433         /**
434          * Parent object. It is assumed that an object has a well-defined
435          * parent, but not a well-defined child (there may be multiple
436          * sub-objects, for the same top-object). cl_object_header::coh_parent
437          * field allows certain code to be written generically, without
438          * limiting possible cl_object layouts unduly.
439          */
440         struct cl_object_header *coh_parent;
441         /**
442          * Protects consistency between cl_attr of parent object and
443          * attributes of sub-objects, that the former is calculated ("merged")
444          * from.
445          *
446          * \todo XXX this can be read/write lock if needed.
447          */
448         spinlock_t               coh_attr_guard;
449         /**
450          * Size of cl_page + page slices
451          */
452         unsigned short           coh_page_bufsize;
453         /**
454          * Number of objects above this one: 0 for a top-object, 1 for its
455          * sub-object, etc.
456          */
457         unsigned char            coh_nesting;
458 };
459
460 /**
461  * Helper macro: iterate over all layers of the object \a obj, assigning every
462  * layer top-to-bottom to \a slice.
463  */
464 #define cl_object_for_each(slice, obj)                          \
465         list_for_each_entry((slice),                            \
466                             &(obj)->co_lu.lo_header->loh_layers,\
467                             co_lu.lo_linkage)
468
469 /**
470  * Helper macro: iterate over all layers of the object \a obj, assigning every
471  * layer bottom-to-top to \a slice.
472  */
473 #define cl_object_for_each_reverse(slice, obj)                          \
474         list_for_each_entry_reverse((slice),                            \
475                                     &(obj)->co_lu.lo_header->loh_layers,\
476                                     co_lu.lo_linkage)
477
478 /** @} cl_object */
479
480 #define CL_PAGE_EOF ((pgoff_t)~0ull)
481
482 /** \addtogroup cl_page cl_page
483  * @{ */
484
485 /** \struct cl_page
486  * Layered client page.
487  *
488  * cl_page: represents a portion of a file, cached in the memory. All pages
489  *    of the given file are of the same size, and are kept in the radix tree
490  *    hanging off the cl_object. cl_page doesn't fan out, but as sub-objects
491  *    of the top-level file object are first class cl_objects, they have their
492  *    own radix trees of pages and hence page is implemented as a sequence of
493  *    struct cl_pages's, linked into double-linked list through
494  *    cl_page::cp_parent and cl_page::cp_child pointers, each residing in the
495  *    corresponding radix tree at the corresponding logical offset.
496  *
497  * cl_page is associated with VM page of the hosting environment (struct
498  *    page in Linux kernel, for example), struct page. It is assumed, that this
499  *    association is implemented by one of cl_page layers (top layer in the
500  *    current design) that
501  *
502  *        - intercepts per-VM-page call-backs made by the environment (e.g.,
503  *          memory pressure),
504  *
505  *        - translates state (page flag bits) and locking between lustre and
506  *          environment.
507  *
508  *    The association between cl_page and struct page is immutable and
509  *    established when cl_page is created.
510  *
511  * cl_page can be "owned" by a particular cl_io (see below), guaranteeing
512  *    this io an exclusive access to this page w.r.t. other io attempts and
513  *    various events changing page state (such as transfer completion, or
514  *    eviction of the page from the memory). Note, that in general cl_io
515  *    cannot be identified with a particular thread, and page ownership is not
516  *    exactly equal to the current thread holding a lock on the page. Layer
517  *    implementing association between cl_page and struct page has to implement
518  *    ownership on top of available synchronization mechanisms.
519  *
520  *    While lustre client maintains the notion of an page ownership by io,
521  *    hosting MM/VM usually has its own page concurrency control
522  *    mechanisms. For example, in Linux, page access is synchronized by the
523  *    per-page PG_locked bit-lock, and generic kernel code (generic_file_*())
524  *    takes care to acquire and release such locks as necessary around the
525  *    calls to the file system methods (->readpage(), ->prepare_write(),
526  *    ->commit_write(), etc.). This leads to the situation when there are two
527  *    different ways to own a page in the client:
528  *
529  *        - client code explicitly and voluntary owns the page (cl_page_own());
530  *
531  *        - VM locks a page and then calls the client, that has "to assume"
532  *          the ownership from the VM (cl_page_assume()).
533  *
534  *    Dual methods to release ownership are cl_page_disown() and
535  *    cl_page_unassume().
536  *
537  * cl_page is reference counted (cl_page::cp_ref). When reference counter
538  *    drops to 0, the page is returned to the cache, unless it is in
539  *    cl_page_state::CPS_FREEING state, in which case it is immediately
540  *    destroyed.
541  *
542  *    The general logic guaranteeing the absence of "existential races" for
543  *    pages is the following:
544  *
545  *        - there are fixed known ways for a thread to obtain a new reference
546  *          to a page:
547  *
548  *            - by doing a lookup in the cl_object radix tree, protected by the
549  *              spin-lock;
550  *
551  *            - by starting from VM-locked struct page and following some
552  *              hosting environment method (e.g., following ->private pointer in
553  *              the case of Linux kernel), see cl_vmpage_page();
554  *
555  *        - when the page enters cl_page_state::CPS_FREEING state, all these
556  *          ways are severed with the proper synchronization
557  *          (cl_page_delete());
558  *
559  *        - entry into cl_page_state::CPS_FREEING is serialized by the VM page
560  *          lock;
561  *
562  *        - no new references to the page in cl_page_state::CPS_FREEING state
563  *          are allowed (checked in cl_page_get()).
564  *
565  *    Together this guarantees that when last reference to a
566  *    cl_page_state::CPS_FREEING page is released, it is safe to destroy the
567  *    page, as neither references to it can be acquired at that point, nor
568  *    ones exist.
569  *
570  * cl_page is a state machine. States are enumerated in enum
571  *    cl_page_state. Possible state transitions are enumerated in
572  *    cl_page_state_set(). State transition process (i.e., actual changing of
573  *    cl_page::cp_state field) is protected by the lock on the underlying VM
574  *    page.
575  *
576  * Linux Kernel implementation.
577  *
578  *    Binding between cl_page and struct page (which is a typedef for
579  *    struct page) is implemented in the vvp layer. cl_page is attached to the
580  *    ->private pointer of the struct page, together with the setting of
581  *    PG_private bit in page->flags, and acquiring additional reference on the
582  *    struct page (much like struct buffer_head, or any similar file system
583  *    private data structures).
584  *
585  *    PG_locked lock is used to implement both ownership and transfer
586  *    synchronization, that is, page is VM-locked in CPS_{OWNED,PAGE{IN,OUT}}
587  *    states. No additional references are acquired for the duration of the
588  *    transfer.
589  *
590  * \warning *THIS IS NOT* the behavior expected by the Linux kernel, where
591  *          write-out is "protected" by the special PG_writeback bit.
592  */
593
594 /**
595  * States of cl_page. cl_page.c assumes particular order here.
596  *
597  * The page state machine is rather crude, as it doesn't recognize finer page
598  * states like "dirty" or "up to date". This is because such states are not
599  * always well defined for the whole stack (see, for example, the
600  * implementation of the read-ahead, that hides page up-to-dateness to track
601  * cache hits accurately). Such sub-states are maintained by the layers that
602  * are interested in them.
603  */
604 enum cl_page_state {
605         /**
606          * Page is in the cache, un-owned. Page leaves cached state in the
607          * following cases:
608          *
609          *     - [cl_page_state::CPS_OWNED] io comes across the page and
610          *     owns it;
611          *
612          *     - [cl_page_state::CPS_PAGEOUT] page is dirty, the
613          *     req-formation engine decides that it wants to include this page
614          *     into an RPC being constructed, and yanks it from the cache;
615          *
616          *     - [cl_page_state::CPS_FREEING] VM callback is executed to
617          *     evict the page form the memory;
618          *
619          * \invariant cl_page::cp_owner == NULL && cl_page::cp_req == NULL
620          */
621         CPS_CACHED,
622         /**
623          * Page is exclusively owned by some cl_io. Page may end up in this
624          * state as a result of
625          *
626          *     - io creating new page and immediately owning it;
627          *
628          *     - [cl_page_state::CPS_CACHED] io finding existing cached page
629          *     and owning it;
630          *
631          *     - [cl_page_state::CPS_OWNED] io finding existing owned page
632          *     and waiting for owner to release the page;
633          *
634          * Page leaves owned state in the following cases:
635          *
636          *     - [cl_page_state::CPS_CACHED] io decides to leave the page in
637          *     the cache, doing nothing;
638          *
639          *     - [cl_page_state::CPS_PAGEIN] io starts read transfer for
640          *     this page;
641          *
642          *     - [cl_page_state::CPS_PAGEOUT] io starts immediate write
643          *     transfer for this page;
644          *
645          *     - [cl_page_state::CPS_FREEING] io decides to destroy this
646          *     page (e.g., as part of truncate or extent lock cancellation).
647          *
648          * \invariant cl_page::cp_owner != NULL && cl_page::cp_req == NULL
649          */
650         CPS_OWNED,
651         /**
652          * Page is being written out, as a part of a transfer. This state is
653          * entered when req-formation logic decided that it wants this page to
654          * be sent through the wire _now_. Specifically, it means that once
655          * this state is achieved, transfer completion handler (with either
656          * success or failure indication) is guaranteed to be executed against
657          * this page independently of any locks and any scheduling decisions
658          * made by the hosting environment (that effectively means that the
659          * page is never put into cl_page_state::CPS_PAGEOUT state "in
660          * advance". This property is mentioned, because it is important when
661          * reasoning about possible dead-locks in the system). The page can
662          * enter this state as a result of
663          *
664          *     - [cl_page_state::CPS_OWNED] an io requesting an immediate
665          *     write-out of this page, or
666          *
667          *     - [cl_page_state::CPS_CACHED] req-forming engine deciding
668          *     that it has enough dirty pages cached to issue a "good"
669          *     transfer.
670          *
671          * The page leaves cl_page_state::CPS_PAGEOUT state when the transfer
672          * is completed---it is moved into cl_page_state::CPS_CACHED state.
673          *
674          * Underlying VM page is locked for the duration of transfer.
675          *
676          * \invariant: cl_page::cp_owner == NULL && cl_page::cp_req != NULL
677          */
678         CPS_PAGEOUT,
679         /**
680          * Page is being read in, as a part of a transfer. This is quite
681          * similar to the cl_page_state::CPS_PAGEOUT state, except that
682          * read-in is always "immediate"---there is no such thing a sudden
683          * construction of read request from cached, presumably not up to date,
684          * pages.
685          *
686          * Underlying VM page is locked for the duration of transfer.
687          *
688          * \invariant: cl_page::cp_owner == NULL && cl_page::cp_req != NULL
689          */
690         CPS_PAGEIN,
691         /**
692          * Page is being destroyed. This state is entered when client decides
693          * that page has to be deleted from its host object, as, e.g., a part
694          * of truncate.
695          *
696          * Once this state is reached, there is no way to escape it.
697          *
698          * \invariant: cl_page::cp_owner == NULL && cl_page::cp_req == NULL
699          */
700         CPS_FREEING,
701         CPS_NR
702 };
703
704 enum cl_page_type {
705         /** Host page, the page is from the host inode which the cl_page
706          * belongs to. */
707         CPT_CACHEABLE = 1,
708
709         /** Transient page, the transient cl_page is used to bind a cl_page
710          *  to vmpage which is not belonging to the same object of cl_page.
711          *  it is used in DirectIO and lockless IO. */
712         CPT_TRANSIENT,
713 };
714
715 /**
716  * Fields are protected by the lock on struct page, except for atomics and
717  * immutables.
718  *
719  * \invariant Data type invariants are in cl_page_invariant(). Basically:
720  * cl_page::cp_parent and cl_page::cp_child are a well-formed double-linked
721  * list, consistent with the parent/child pointers in the cl_page::cp_obj and
722  * cl_page::cp_owner (when set).
723  */
724 struct cl_page {
725         /** Reference counter. */
726         atomic_t                 cp_ref;
727         /** An object this page is a part of. Immutable after creation. */
728         struct cl_object        *cp_obj;
729         /** vmpage */
730         struct page             *cp_vmpage;
731         /** Linkage of pages within group. Pages must be owned */
732         struct list_head         cp_batch;
733         /** List of slices. Immutable after creation. */
734         struct list_head         cp_layers;
735         /**
736          * Page state. This field is const to avoid accidental update, it is
737          * modified only internally within cl_page.c. Protected by a VM lock.
738          */
739         const enum cl_page_state cp_state;
740         /**
741          * Page type. Only CPT_TRANSIENT is used so far. Immutable after
742          * creation.
743          */
744         enum cl_page_type        cp_type;
745
746         /**
747          * Owning IO in cl_page_state::CPS_OWNED state. Sub-page can be owned
748          * by sub-io. Protected by a VM lock.
749          */
750         struct cl_io            *cp_owner;
751         /** List of references to this page, for debugging. */
752         struct lu_ref            cp_reference;
753         /** Link to an object, for debugging. */
754         struct lu_ref_link       cp_obj_ref;
755         /** Link to a queue, for debugging. */
756         struct lu_ref_link       cp_queue_ref;
757         /** Assigned if doing a sync_io */
758         struct cl_sync_io       *cp_sync_io;
759 };
760
761 /**
762  * Per-layer part of cl_page.
763  *
764  * \see vvp_page, lov_page, osc_page
765  */
766 struct cl_page_slice {
767         struct cl_page                  *cpl_page;
768         pgoff_t                          cpl_index;
769         /**
770          * Object slice corresponding to this page slice. Immutable after
771          * creation.
772          */
773         struct cl_object                *cpl_obj;
774         const struct cl_page_operations *cpl_ops;
775         /** Linkage into cl_page::cp_layers. Immutable after creation. */
776         struct list_head                 cpl_linkage;
777 };
778
779 /**
780  * Lock mode. For the client extent locks.
781  *
782  * \ingroup cl_lock
783  */
784 enum cl_lock_mode {
785         CLM_READ,
786         CLM_WRITE,
787         CLM_GROUP,
788         CLM_MAX,
789 };
790
791 /**
792  * Requested transfer type.
793  */
794 enum cl_req_type {
795         CRT_READ,
796         CRT_WRITE,
797         CRT_NR
798 };
799
800 /**
801  * Per-layer page operations.
802  *
803  * Methods taking an \a io argument are for the activity happening in the
804  * context of given \a io. Page is assumed to be owned by that io, except for
805  * the obvious cases (like cl_page_operations::cpo_own()).
806  *
807  * \see vvp_page_ops, lov_page_ops, osc_page_ops
808  */
809 struct cl_page_operations {
810         /**
811          * cl_page<->struct page methods. Only one layer in the stack has to
812          * implement these. Current code assumes that this functionality is
813          * provided by the topmost layer, see cl_page_disown0() as an example.
814          */
815
816         /**
817          * Called when \a io acquires this page into the exclusive
818          * ownership. When this method returns, it is guaranteed that the is
819          * not owned by other io, and no transfer is going on against
820          * it. Optional.
821          *
822          * \see cl_page_own()
823          * \see vvp_page_own(), lov_page_own()
824          */
825         int  (*cpo_own)(const struct lu_env *env,
826                         const struct cl_page_slice *slice,
827                         struct cl_io *io, int nonblock);
828         /** Called when ownership it yielded. Optional.
829          *
830          * \see cl_page_disown()
831          * \see vvp_page_disown()
832          */
833         void (*cpo_disown)(const struct lu_env *env,
834                            const struct cl_page_slice *slice, struct cl_io *io);
835         /**
836          * Called for a page that is already "owned" by \a io from VM point of
837          * view. Optional.
838          *
839          * \see cl_page_assume()
840          * \see vvp_page_assume(), lov_page_assume()
841          */
842         void (*cpo_assume)(const struct lu_env *env,
843                            const struct cl_page_slice *slice, struct cl_io *io);
844         /** Dual to cl_page_operations::cpo_assume(). Optional. Called
845          * bottom-to-top when IO releases a page without actually unlocking
846          * it.
847          *
848          * \see cl_page_unassume()
849          * \see vvp_page_unassume()
850          */
851         void (*cpo_unassume)(const struct lu_env *env,
852                              const struct cl_page_slice *slice,
853                              struct cl_io *io);
854         /**
855          * Announces whether the page contains valid data or not by \a uptodate.
856          *
857          * \see cl_page_export()
858          * \see vvp_page_export()
859          */
860         void  (*cpo_export)(const struct lu_env *env,
861                             const struct cl_page_slice *slice, int uptodate);
862         /**
863          * Checks whether underlying VM page is locked (in the suitable
864          * sense). Used for assertions.
865          *
866          * \retval    -EBUSY: page is protected by a lock of a given mode;
867          * \retval  -ENODATA: page is not protected by a lock;
868          * \retval         0: this layer cannot decide. (Should never happen.)
869          */
870         int (*cpo_is_vmlocked)(const struct lu_env *env,
871                                const struct cl_page_slice *slice);
872
873         /**
874          * Update file attributes when all we have is this page.  Used for tiny
875          * writes to update attributes when we don't have a full cl_io.
876          */
877         void (*cpo_page_touch)(const struct lu_env *env,
878                                const struct cl_page_slice *slice, size_t to);
879         /**
880          * Page destruction.
881          */
882
883         /**
884          * Called when page is truncated from the object. Optional.
885          *
886          * \see cl_page_discard()
887          * \see vvp_page_discard(), osc_page_discard()
888          */
889         void (*cpo_discard)(const struct lu_env *env,
890                             const struct cl_page_slice *slice,
891                             struct cl_io *io);
892         /**
893          * Called when page is removed from the cache, and is about to being
894          * destroyed. Optional.
895          *
896          * \see cl_page_delete()
897          * \see vvp_page_delete(), osc_page_delete()
898          */
899         void (*cpo_delete)(const struct lu_env *env,
900                            const struct cl_page_slice *slice);
901         /** Destructor. Frees resources and slice itself. */
902         void (*cpo_fini)(const struct lu_env *env,
903                          struct cl_page_slice *slice);
904         /**
905          * Optional debugging helper. Prints given page slice.
906          *
907          * \see cl_page_print()
908          */
909         int (*cpo_print)(const struct lu_env *env,
910                          const struct cl_page_slice *slice,
911                          void *cookie, lu_printer_t p);
912         /**
913          * \name transfer
914          *
915          * Transfer methods.
916          *
917          * @{
918          */
919         /**
920          * Request type dependent vector of operations.
921          *
922          * Transfer operations depend on transfer mode (cl_req_type). To avoid
923          * passing transfer mode to each and every of these methods, and to
924          * avoid branching on request type inside of the methods, separate
925          * methods for cl_req_type:CRT_READ and cl_req_type:CRT_WRITE are
926          * provided. That is, method invocation usually looks like
927          *
928          *         slice->cp_ops.io[req->crq_type].cpo_method(env, slice, ...);
929          */
930         struct {
931                 /**
932                  * Called when a page is submitted for a transfer as a part of
933                  * cl_page_list.
934                  *
935                  * \return    0         : page is eligible for submission;
936                  * \return    -EALREADY : skip this page;
937                  * \return    -ve       : error.
938                  *
939                  * \see cl_page_prep()
940                  */
941                 int  (*cpo_prep)(const struct lu_env *env,
942                                  const struct cl_page_slice *slice,
943                                  struct cl_io *io);
944                 /**
945                  * Completion handler. This is guaranteed to be eventually
946                  * fired after cl_page_operations::cpo_prep() or
947                  * cl_page_operations::cpo_make_ready() call.
948                  *
949                  * This method can be called in a non-blocking context. It is
950                  * guaranteed however, that the page involved and its object
951                  * are pinned in memory (and, hence, calling cl_page_put() is
952                  * safe).
953                  *
954                  * \see cl_page_completion()
955                  */
956                 void (*cpo_completion)(const struct lu_env *env,
957                                        const struct cl_page_slice *slice,
958                                        int ioret);
959                 /**
960                  * Called when cached page is about to be added to the
961                  * ptlrpc request as a part of req formation.
962                  *
963                  * \return    0       : proceed with this page;
964                  * \return    -EAGAIN : skip this page;
965                  * \return    -ve     : error.
966                  *
967                  * \see cl_page_make_ready()
968                  */
969                 int  (*cpo_make_ready)(const struct lu_env *env,
970                                        const struct cl_page_slice *slice);
971         } io[CRT_NR];
972         /**
973          * Tell transfer engine that only [to, from] part of a page should be
974          * transmitted.
975          *
976          * This is used for immediate transfers.
977          *
978          * \todo XXX this is not very good interface. It would be much better
979          * if all transfer parameters were supplied as arguments to
980          * cl_io_operations::cio_submit() call, but it is not clear how to do
981          * this for page queues.
982          *
983          * \see cl_page_clip()
984          */
985         void (*cpo_clip)(const struct lu_env *env,
986                          const struct cl_page_slice *slice,
987                          int from, int to);
988         /**
989          * \pre  the page was queued for transferring.
990          * \post page is removed from client's pending list, or -EBUSY
991          *       is returned if it has already been in transferring.
992          *
993          * This is one of seldom page operation which is:
994          * 0. called from top level;
995          * 1. don't have vmpage locked;
996          * 2. every layer should synchronize execution of its ->cpo_cancel()
997          *    with completion handlers. Osc uses client obd lock for this
998          *    purpose. Based on there is no vvp_page_cancel and
999          *    lov_page_cancel(), cpo_cancel is defacto protected by client lock.
1000          *
1001          * \see osc_page_cancel().
1002          */
1003         int (*cpo_cancel)(const struct lu_env *env,
1004                           const struct cl_page_slice *slice);
1005         /**
1006          * Write out a page by kernel. This is only called by ll_writepage
1007          * right now.
1008          *
1009          * \see cl_page_flush()
1010          */
1011         int (*cpo_flush)(const struct lu_env *env,
1012                          const struct cl_page_slice *slice,
1013                          struct cl_io *io);
1014         /** @} transfer */
1015 };
1016
1017 /**
1018  * Helper macro, dumping detailed information about \a page into a log.
1019  */
1020 #define CL_PAGE_DEBUG(mask, env, page, format, ...)                     \
1021 do {                                                                    \
1022         if (cfs_cdebug_show(mask, DEBUG_SUBSYSTEM)) {                   \
1023                 LIBCFS_DEBUG_MSG_DATA_DECL(msgdata, mask, NULL);        \
1024                 cl_page_print(env, &msgdata, lu_cdebug_printer, page);  \
1025                 CDEBUG(mask, format , ## __VA_ARGS__);                  \
1026         }                                                               \
1027 } while (0)
1028
1029 /**
1030  * Helper macro, dumping shorter information about \a page into a log.
1031  */
1032 #define CL_PAGE_HEADER(mask, env, page, format, ...)                          \
1033 do {                                                                          \
1034         if (cfs_cdebug_show(mask, DEBUG_SUBSYSTEM)) {                         \
1035                 LIBCFS_DEBUG_MSG_DATA_DECL(msgdata, mask, NULL);              \
1036                 cl_page_header_print(env, &msgdata, lu_cdebug_printer, page); \
1037                 CDEBUG(mask, format , ## __VA_ARGS__);                        \
1038         }                                                                     \
1039 } while (0)
1040
1041 static inline struct page *cl_page_vmpage(const struct cl_page *page)
1042 {
1043         LASSERT(page->cp_vmpage != NULL);
1044         return page->cp_vmpage;
1045 }
1046
1047 /**
1048  * Check if a cl_page is in use.
1049  *
1050  * Client cache holds a refcount, this refcount will be dropped when
1051  * the page is taken out of cache, see vvp_page_delete().
1052  */
1053 static inline bool __page_in_use(const struct cl_page *page, int refc)
1054 {
1055         return (atomic_read(&page->cp_ref) > refc + 1);
1056 }
1057
1058 /**
1059  * Caller itself holds a refcount of cl_page.
1060  */
1061 #define cl_page_in_use(pg)       __page_in_use(pg, 1)
1062 /**
1063  * Caller doesn't hold a refcount.
1064  */
1065 #define cl_page_in_use_noref(pg) __page_in_use(pg, 0)
1066
1067 /** @} cl_page */
1068
1069 /** \addtogroup cl_lock cl_lock
1070  * @{ */
1071 /** \struct cl_lock
1072  *
1073  * Extent locking on the client.
1074  *
1075  * LAYERING
1076  *
1077  * The locking model of the new client code is built around
1078  *
1079  *        struct cl_lock
1080  *
1081  * data-type representing an extent lock on a regular file. cl_lock is a
1082  * layered object (much like cl_object and cl_page), it consists of a header
1083  * (struct cl_lock) and a list of layers (struct cl_lock_slice), linked to
1084  * cl_lock::cll_layers list through cl_lock_slice::cls_linkage.
1085  *
1086  * Typical cl_lock consists of one layer:
1087  *
1088  *     - lov_lock (lov specific data).
1089  *
1090  * lov_lock contains an array of sub-locks. Each of these sub-locks is a
1091  * normal cl_lock: it has a header (struct cl_lock) and a list of layers:
1092  *
1093  *     - osc_lock
1094  *
1095  * Each sub-lock is associated with a cl_object (representing stripe
1096  * sub-object or the file to which top-level cl_lock is associated to), and is
1097  * linked into that cl_object::coh_locks. In this respect cl_lock is similar to
1098  * cl_object (that at lov layer also fans out into multiple sub-objects), and
1099  * is different from cl_page, that doesn't fan out (there is usually exactly
1100  * one osc_page for every vvp_page). We shall call vvp-lov portion of the lock
1101  * a "top-lock" and its lovsub-osc portion a "sub-lock".
1102  *
1103  * LIFE CYCLE
1104  *
1105  * cl_lock is a cacheless data container for the requirements of locks to
1106  * complete the IO. cl_lock is created before I/O starts and destroyed when the
1107  * I/O is complete.
1108  *
1109  * cl_lock depends on LDLM lock to fulfill lock semantics. LDLM lock is attached
1110  * to cl_lock at OSC layer. LDLM lock is still cacheable.
1111  *
1112  * INTERFACE AND USAGE
1113  *
1114  * Two major methods are supported for cl_lock: clo_enqueue and clo_cancel.  A
1115  * cl_lock is enqueued by cl_lock_request(), which will call clo_enqueue()
1116  * methods for each layer to enqueue the lock. At the LOV layer, if a cl_lock
1117  * consists of multiple sub cl_locks, each sub locks will be enqueued
1118  * correspondingly. At OSC layer, the lock enqueue request will tend to reuse
1119  * cached LDLM lock; otherwise a new LDLM lock will have to be requested from
1120  * OST side.
1121  *
1122  * cl_lock_cancel() must be called to release a cl_lock after use. clo_cancel()
1123  * method will be called for each layer to release the resource held by this
1124  * lock. At OSC layer, the reference count of LDLM lock, which is held at
1125  * clo_enqueue time, is released.
1126  *
1127  * LDLM lock can only be canceled if there is no cl_lock using it.
1128  *
1129  * Overall process of the locking during IO operation is as following:
1130  *
1131  *     - once parameters for IO are setup in cl_io, cl_io_operations::cio_lock()
1132  *       is called on each layer. Responsibility of this method is to add locks,
1133  *       needed by a given layer into cl_io.ci_lockset.
1134  *
1135  *     - once locks for all layers were collected, they are sorted to avoid
1136  *       dead-locks (cl_io_locks_sort()), and enqueued.
1137  *
1138  *     - when all locks are acquired, IO is performed;
1139  *
1140  *     - locks are released after IO is complete.
1141  *
1142  * Striping introduces major additional complexity into locking. The
1143  * fundamental problem is that it is generally unsafe to actively use (hold)
1144  * two locks on the different OST servers at the same time, as this introduces
1145  * inter-server dependency and can lead to cascading evictions.
1146  *
1147  * Basic solution is to sub-divide large read/write IOs into smaller pieces so
1148  * that no multi-stripe locks are taken (note that this design abandons POSIX
1149  * read/write semantics). Such pieces ideally can be executed concurrently. At
1150  * the same time, certain types of IO cannot be sub-divived, without
1151  * sacrificing correctness. This includes:
1152  *
1153  *  - O_APPEND write, where [0, EOF] lock has to be taken, to guarantee
1154  *  atomicity;
1155  *
1156  *  - ftruncate(fd, offset), where [offset, EOF] lock has to be taken.
1157  *
1158  * Also, in the case of read(fd, buf, count) or write(fd, buf, count), where
1159  * buf is a part of memory mapped Lustre file, a lock or locks protecting buf
1160  * has to be held together with the usual lock on [offset, offset + count].
1161  *
1162  * Interaction with DLM
1163  *
1164  * In the expected setup, cl_lock is ultimately backed up by a collection of
1165  * DLM locks (struct ldlm_lock). Association between cl_lock and DLM lock is
1166  * implemented in osc layer, that also matches DLM events (ASTs, cancellation,
1167  * etc.) into cl_lock_operation calls. See struct osc_lock for a more detailed
1168  * description of interaction with DLM.
1169  */
1170
1171 /**
1172  * Lock description.
1173  */
1174 struct cl_lock_descr {
1175         /** Object this lock is granted for. */
1176         struct cl_object *cld_obj;
1177         /** Index of the first page protected by this lock. */
1178         pgoff_t           cld_start;
1179         /** Index of the last page (inclusive) protected by this lock. */
1180         pgoff_t           cld_end;
1181         /** Group ID, for group lock */
1182         __u64             cld_gid;
1183         /** Lock mode. */
1184         enum cl_lock_mode cld_mode;
1185         /**
1186          * flags to enqueue lock. A combination of bit-flags from
1187          * enum cl_enq_flags.
1188          */
1189         __u32             cld_enq_flags;
1190 };
1191
1192 #define DDESCR "%s(%d):[%lu, %lu]:%x"
1193 #define PDESCR(descr)                                                   \
1194         cl_lock_mode_name((descr)->cld_mode), (descr)->cld_mode,        \
1195         (descr)->cld_start, (descr)->cld_end, (descr)->cld_enq_flags
1196
1197 const char *cl_lock_mode_name(const enum cl_lock_mode mode);
1198
1199 /**
1200  * Layered client lock.
1201  */
1202 struct cl_lock {
1203         /** List of slices. Immutable after creation. */
1204         struct list_head      cll_layers;
1205         /** lock attribute, extent, cl_object, etc. */
1206         struct cl_lock_descr  cll_descr;
1207 };
1208
1209 /**
1210  * Per-layer part of cl_lock
1211  *
1212  * \see lov_lock, osc_lock
1213  */
1214 struct cl_lock_slice {
1215         struct cl_lock                  *cls_lock;
1216         /** Object slice corresponding to this lock slice. Immutable after
1217          * creation. */
1218         struct cl_object                *cls_obj;
1219         const struct cl_lock_operations *cls_ops;
1220         /** Linkage into cl_lock::cll_layers. Immutable after creation. */
1221         struct list_head                 cls_linkage;
1222 };
1223
1224 /**
1225  *
1226  * \see lov_lock_ops, osc_lock_ops
1227  */
1228 struct cl_lock_operations {
1229         /** @{ */
1230         /**
1231          * Attempts to enqueue the lock. Called top-to-bottom.
1232          *
1233          * \retval 0    this layer has enqueued the lock successfully
1234          * \retval >0   this layer has enqueued the lock, but need to wait on
1235          *              @anchor for resources
1236          * \retval -ve  failure
1237          *
1238          * \see lov_lock_enqueue(), osc_lock_enqueue()
1239          */
1240         int  (*clo_enqueue)(const struct lu_env *env,
1241                             const struct cl_lock_slice *slice,
1242                             struct cl_io *io, struct cl_sync_io *anchor);
1243         /**
1244          * Cancel a lock, release its DLM lock ref, while does not cancel the
1245          * DLM lock
1246          */
1247         void (*clo_cancel)(const struct lu_env *env,
1248                            const struct cl_lock_slice *slice);
1249         /** @} */
1250         /**
1251          * Destructor. Frees resources and the slice.
1252          *
1253          * \see lov_lock_fini(), osc_lock_fini()
1254          */
1255         void (*clo_fini)(const struct lu_env *env, struct cl_lock_slice *slice);
1256         /**
1257          * Optional debugging helper. Prints given lock slice.
1258          */
1259         int (*clo_print)(const struct lu_env *env,
1260                          void *cookie, lu_printer_t p,
1261                          const struct cl_lock_slice *slice);
1262 };
1263
1264 #define CL_LOCK_DEBUG(mask, env, lock, format, ...)                     \
1265 do {                                                                    \
1266         if (cfs_cdebug_show(mask, DEBUG_SUBSYSTEM)) {                   \
1267                 LIBCFS_DEBUG_MSG_DATA_DECL(msgdata, mask, NULL);        \
1268                 cl_lock_print(env, &msgdata, lu_cdebug_printer, lock);  \
1269                 CDEBUG(mask, format , ## __VA_ARGS__);                  \
1270         }                                                               \
1271 } while (0)
1272
1273 #define CL_LOCK_ASSERT(expr, env, lock) do {                            \
1274         if (likely(expr))                                               \
1275                 break;                                                  \
1276                                                                         \
1277         CL_LOCK_DEBUG(D_ERROR, env, lock, "failed at %s.\n", #expr);    \
1278         LBUG();                                                         \
1279 } while (0)
1280
1281 /** @} cl_lock */
1282
1283 /** \addtogroup cl_page_list cl_page_list
1284  * Page list used to perform collective operations on a group of pages.
1285  *
1286  * Pages are added to the list one by one. cl_page_list acquires a reference
1287  * for every page in it. Page list is used to perform collective operations on
1288  * pages:
1289  *
1290  *     - submit pages for an immediate transfer,
1291  *
1292  *     - own pages on behalf of certain io (waiting for each page in turn),
1293  *
1294  *     - discard pages.
1295  *
1296  * When list is finalized, it releases references on all pages it still has.
1297  *
1298  * \todo XXX concurrency control.
1299  *
1300  * @{
1301  */
1302 struct cl_page_list {
1303         unsigned                 pl_nr;
1304         struct list_head         pl_pages;
1305         struct task_struct      *pl_owner;
1306 };
1307
1308 /**
1309  * A 2-queue of pages. A convenience data-type for common use case, 2-queue
1310  * contains an incoming page list and an outgoing page list.
1311  */
1312 struct cl_2queue {
1313         struct cl_page_list c2_qin;
1314         struct cl_page_list c2_qout;
1315 };
1316
1317 /** @} cl_page_list */
1318
1319 /** \addtogroup cl_io cl_io
1320  * @{ */
1321 /** \struct cl_io
1322  * I/O
1323  *
1324  * cl_io represents a high level I/O activity like
1325  * read(2)/write(2)/truncate(2) system call, or cancellation of an extent
1326  * lock.
1327  *
1328  * cl_io is a layered object, much like cl_{object,page,lock} but with one
1329  * important distinction. We want to minimize number of calls to the allocator
1330  * in the fast path, e.g., in the case of read(2) when everything is cached:
1331  * client already owns the lock over region being read, and data are cached
1332  * due to read-ahead. To avoid allocation of cl_io layers in such situations,
1333  * per-layer io state is stored in the session, associated with the io, see
1334  * struct {vvp,lov,osc}_io for example. Sessions allocation is amortized
1335  * by using free-lists, see cl_env_get().
1336  *
1337  * There is a small predefined number of possible io types, enumerated in enum
1338  * cl_io_type.
1339  *
1340  * cl_io is a state machine, that can be advanced concurrently by the multiple
1341  * threads. It is up to these threads to control the concurrency and,
1342  * specifically, to detect when io is done, and its state can be safely
1343  * released.
1344  *
1345  * For read/write io overall execution plan is as following:
1346  *
1347  *     (0) initialize io state through all layers;
1348  *
1349  *     (1) loop: prepare chunk of work to do
1350  *
1351  *     (2) call all layers to collect locks they need to process current chunk
1352  *
1353  *     (3) sort all locks to avoid dead-locks, and acquire them
1354  *
1355  *     (4) process the chunk: call per-page methods
1356  *         cl_io_operations::cio_prepare_write(),
1357  *         cl_io_operations::cio_commit_write() for write)
1358  *
1359  *     (5) release locks
1360  *
1361  *     (6) repeat loop.
1362  *
1363  * To implement the "parallel IO mode", lov layer creates sub-io's (lazily to
1364  * address allocation efficiency issues mentioned above), and returns with the
1365  * special error condition from per-page method when current sub-io has to
1366  * block. This causes io loop to be repeated, and lov switches to the next
1367  * sub-io in its cl_io_operations::cio_iter_init() implementation.
1368  */
1369
1370 /** IO types */
1371 enum cl_io_type {
1372         /** read system call */
1373         CIT_READ = 1,
1374         /** write system call */
1375         CIT_WRITE,
1376         /** truncate, utime system calls */
1377         CIT_SETATTR,
1378         /** get data version */
1379         CIT_DATA_VERSION,
1380         /**
1381          * page fault handling
1382          */
1383         CIT_FAULT,
1384         /**
1385          * fsync system call handling
1386          * To write out a range of file
1387          */
1388         CIT_FSYNC,
1389         /**
1390          * glimpse. An io context to acquire glimpse lock.
1391          */
1392         CIT_GLIMPSE,
1393         /**
1394          * Miscellaneous io. This is used for occasional io activity that
1395          * doesn't fit into other types. Currently this is used for:
1396          *
1397          *     - cancellation of an extent lock. This io exists as a context
1398          *     to write dirty pages from under the lock being canceled back
1399          *     to the server;
1400          *
1401          *     - VM induced page write-out. An io context for writing page out
1402          *     for memory cleansing;
1403          *
1404          *     - grouplock. An io context to acquire group lock.
1405          *
1406          * CIT_MISC io is used simply as a context in which locks and pages
1407          * are manipulated. Such io has no internal "process", that is,
1408          * cl_io_loop() is never called for it.
1409          */
1410         CIT_MISC,
1411         /**
1412          * ladvise handling
1413          * To give advice about access of a file
1414          */
1415         CIT_LADVISE,
1416         CIT_OP_NR
1417 };
1418
1419 /**
1420  * States of cl_io state machine
1421  */
1422 enum cl_io_state {
1423         /** Not initialized. */
1424         CIS_ZERO,
1425         /** Initialized. */
1426         CIS_INIT,
1427         /** IO iteration started. */
1428         CIS_IT_STARTED,
1429         /** Locks taken. */
1430         CIS_LOCKED,
1431         /** Actual IO is in progress. */
1432         CIS_IO_GOING,
1433         /** IO for the current iteration finished. */
1434         CIS_IO_FINISHED,
1435         /** Locks released. */
1436         CIS_UNLOCKED,
1437         /** Iteration completed. */
1438         CIS_IT_ENDED,
1439         /** cl_io finalized. */
1440         CIS_FINI
1441 };
1442
1443 /**
1444  * IO state private for a layer.
1445  *
1446  * This is usually embedded into layer session data, rather than allocated
1447  * dynamically.
1448  *
1449  * \see vvp_io, lov_io, osc_io
1450  */
1451 struct cl_io_slice {
1452         struct cl_io                    *cis_io;
1453         /** corresponding object slice. Immutable after creation. */
1454         struct cl_object                *cis_obj;
1455         /** io operations. Immutable after creation. */
1456         const struct cl_io_operations   *cis_iop;
1457         /**
1458          * linkage into a list of all slices for a given cl_io, hanging off
1459          * cl_io::ci_layers. Immutable after creation.
1460          */
1461         struct list_head                cis_linkage;
1462 };
1463
1464 typedef void (*cl_commit_cbt)(const struct lu_env *, struct cl_io *,
1465                               struct cl_page *);
1466
1467 struct cl_read_ahead {
1468         /* Maximum page index the readahead window will end.
1469          * This is determined DLM lock coverage, RPC and stripe boundary.
1470          * cra_end is included. */
1471         pgoff_t cra_end;
1472         /* optimal RPC size for this read, by pages */
1473         unsigned long cra_rpc_size;
1474         /* Release callback. If readahead holds resources underneath, this
1475          * function should be called to release it. */
1476         void    (*cra_release)(const struct lu_env *env, void *cbdata);
1477         /* Callback data for cra_release routine */
1478         void    *cra_cbdata;
1479 };
1480
1481 static inline void cl_read_ahead_release(const struct lu_env *env,
1482                                          struct cl_read_ahead *ra)
1483 {
1484         if (ra->cra_release != NULL)
1485                 ra->cra_release(env, ra->cra_cbdata);
1486         memset(ra, 0, sizeof(*ra));
1487 }
1488
1489
1490 /**
1491  * Per-layer io operations.
1492  * \see vvp_io_ops, lov_io_ops, lovsub_io_ops, osc_io_ops
1493  */
1494 struct cl_io_operations {
1495         /**
1496          * Vector of io state transition methods for every io type.
1497          *
1498          * \see cl_page_operations::io
1499          */
1500         struct {
1501                 /**
1502                  * Prepare io iteration at a given layer.
1503                  *
1504                  * Called top-to-bottom at the beginning of each iteration of
1505                  * "io loop" (if it makes sense for this type of io). Here
1506                  * layer selects what work it will do during this iteration.
1507                  *
1508                  * \see cl_io_operations::cio_iter_fini()
1509                  */
1510                 int (*cio_iter_init) (const struct lu_env *env,
1511                                       const struct cl_io_slice *slice);
1512                 /**
1513                  * Finalize io iteration.
1514                  *
1515                  * Called bottom-to-top at the end of each iteration of "io
1516                  * loop". Here layers can decide whether IO has to be
1517                  * continued.
1518                  *
1519                  * \see cl_io_operations::cio_iter_init()
1520                  */
1521                 void (*cio_iter_fini) (const struct lu_env *env,
1522                                        const struct cl_io_slice *slice);
1523                 /**
1524                  * Collect locks for the current iteration of io.
1525                  *
1526                  * Called top-to-bottom to collect all locks necessary for
1527                  * this iteration. This methods shouldn't actually enqueue
1528                  * anything, instead it should post a lock through
1529                  * cl_io_lock_add(). Once all locks are collected, they are
1530                  * sorted and enqueued in the proper order.
1531                  */
1532                 int  (*cio_lock) (const struct lu_env *env,
1533                                   const struct cl_io_slice *slice);
1534                 /**
1535                  * Finalize unlocking.
1536                  *
1537                  * Called bottom-to-top to finish layer specific unlocking
1538                  * functionality, after generic code released all locks
1539                  * acquired by cl_io_operations::cio_lock().
1540                  */
1541                 void  (*cio_unlock)(const struct lu_env *env,
1542                                     const struct cl_io_slice *slice);
1543                 /**
1544                  * Start io iteration.
1545                  *
1546                  * Once all locks are acquired, called top-to-bottom to
1547                  * commence actual IO. In the current implementation,
1548                  * top-level vvp_io_{read,write}_start() does all the work
1549                  * synchronously by calling generic_file_*(), so other layers
1550                  * are called when everything is done.
1551                  */
1552                 int  (*cio_start)(const struct lu_env *env,
1553                                   const struct cl_io_slice *slice);
1554                 /**
1555                  * Called top-to-bottom at the end of io loop. Here layer
1556                  * might wait for an unfinished asynchronous io.
1557                  */
1558                 void (*cio_end)  (const struct lu_env *env,
1559                                   const struct cl_io_slice *slice);
1560                 /**
1561                  * Called bottom-to-top to notify layers that read/write IO
1562                  * iteration finished, with \a nob bytes transferred.
1563                  */
1564                 void (*cio_advance)(const struct lu_env *env,
1565                                     const struct cl_io_slice *slice,
1566                                     size_t nob);
1567                 /**
1568                  * Called once per io, bottom-to-top to release io resources.
1569                  */
1570                 void (*cio_fini) (const struct lu_env *env,
1571                                   const struct cl_io_slice *slice);
1572         } op[CIT_OP_NR];
1573
1574         /**
1575          * Submit pages from \a queue->c2_qin for IO, and move
1576          * successfully submitted pages into \a queue->c2_qout. Return
1577          * non-zero if failed to submit even the single page. If
1578          * submission failed after some pages were moved into \a
1579          * queue->c2_qout, completion callback with non-zero ioret is
1580          * executed on them.
1581          */
1582         int  (*cio_submit)(const struct lu_env *env,
1583                         const struct cl_io_slice *slice,
1584                         enum cl_req_type crt,
1585                         struct cl_2queue *queue);
1586         /**
1587          * Queue async page for write.
1588          * The difference between cio_submit and cio_queue is that
1589          * cio_submit is for urgent request.
1590          */
1591         int  (*cio_commit_async)(const struct lu_env *env,
1592                         const struct cl_io_slice *slice,
1593                         struct cl_page_list *queue, int from, int to,
1594                         cl_commit_cbt cb);
1595         /**
1596          * Decide maximum read ahead extent
1597          *
1598          * \pre io->ci_type == CIT_READ
1599          */
1600         int (*cio_read_ahead)(const struct lu_env *env,
1601                               const struct cl_io_slice *slice,
1602                               pgoff_t start, struct cl_read_ahead *ra);
1603         /**
1604          * Optional debugging helper. Print given io slice.
1605          */
1606         int (*cio_print)(const struct lu_env *env, void *cookie,
1607                          lu_printer_t p, const struct cl_io_slice *slice);
1608 };
1609
1610 /**
1611  * Flags to lock enqueue procedure.
1612  * \ingroup cl_lock
1613  */
1614 enum cl_enq_flags {
1615         /**
1616          * instruct server to not block, if conflicting lock is found. Instead
1617          * -EWOULDBLOCK is returned immediately.
1618          */
1619         CEF_NONBLOCK     = 0x00000001,
1620         /**
1621          * Tell lower layers this is a glimpse request, translated to
1622          * LDLM_FL_HAS_INTENT at LDLM layer.
1623          *
1624          * Also, because glimpse locks never block other locks, we count this
1625          * as automatically compatible with other osc locks.
1626          * (see osc_lock_compatible)
1627          */
1628         CEF_GLIMPSE        = 0x00000002,
1629         /**
1630          * tell the server to instruct (though a flag in the blocking ast) an
1631          * owner of the conflicting lock, that it can drop dirty pages
1632          * protected by this lock, without sending them to the server.
1633          */
1634         CEF_DISCARD_DATA = 0x00000004,
1635         /**
1636          * tell the sub layers that it must be a `real' lock. This is used for
1637          * mmapped-buffer locks, glimpse locks, manually requested locks
1638          * (LU_LADVISE_LOCKAHEAD) that must never be converted into lockless
1639          * mode.
1640          *
1641          * \see vvp_mmap_locks(), cl_glimpse_lock, cl_request_lock().
1642          */
1643         CEF_MUST         = 0x00000008,
1644         /**
1645          * tell the sub layers that never request a `real' lock. This flag is
1646          * not used currently.
1647          *
1648          * cl_io::ci_lockreq and CEF_{MUST,NEVER} flags specify lockless
1649          * conversion policy: ci_lockreq describes generic information of lock
1650          * requirement for this IO, especially for locks which belong to the
1651          * object doing IO; however, lock itself may have precise requirements
1652          * that are described by the enqueue flags.
1653          */
1654         CEF_NEVER        = 0x00000010,
1655         /**
1656          * tell the dlm layer this is a speculative lock request
1657          * speculative lock requests are locks which are not requested as part
1658          * of an I/O operation.  Instead, they are requested because we expect
1659          * to use them in the future.  They are requested asynchronously at the
1660          * ptlrpc layer.
1661          *
1662          * Currently used for asynchronous glimpse locks and manually requested
1663          * locks (LU_LADVISE_LOCKAHEAD).
1664          */
1665         CEF_SPECULATIVE          = 0x00000020,
1666         /**
1667          * enqueue a lock to test DLM lock existence.
1668          */
1669         CEF_PEEK        = 0x00000040,
1670         /**
1671          * Lock match only. Used by group lock in I/O as group lock
1672          * is known to exist.
1673          */
1674         CEF_LOCK_MATCH  = 0x00000080,
1675         /**
1676          * tell the DLM layer to lock only the requested range
1677          */
1678         CEF_LOCK_NO_EXPAND    = 0x00000100,
1679         /**
1680          * mask of enq_flags.
1681          */
1682         CEF_MASK         = 0x000001ff,
1683 };
1684
1685 /**
1686  * Link between lock and io. Intermediate structure is needed, because the
1687  * same lock can be part of multiple io's simultaneously.
1688  */
1689 struct cl_io_lock_link {
1690         /** linkage into one of cl_lockset lists. */
1691         struct list_head        cill_linkage;
1692         struct cl_lock          cill_lock;
1693         /** optional destructor */
1694         void                    (*cill_fini)(const struct lu_env *env,
1695                                              struct cl_io_lock_link *link);
1696 };
1697 #define cill_descr      cill_lock.cll_descr
1698
1699 /**
1700  * Lock-set represents a collection of locks, that io needs at a
1701  * time. Generally speaking, client tries to avoid holding multiple locks when
1702  * possible, because
1703  *
1704  *      - holding extent locks over multiple ost's introduces the danger of
1705  *        "cascading timeouts";
1706  *
1707  *      - holding multiple locks over the same ost is still dead-lock prone,
1708  *        see comment in osc_lock_enqueue(),
1709  *
1710  * but there are certain situations where this is unavoidable:
1711  *
1712  *      - O_APPEND writes have to take [0, EOF] lock for correctness;
1713  *
1714  *      - truncate has to take [new-size, EOF] lock for correctness;
1715  *
1716  *      - SNS has to take locks across full stripe for correctness;
1717  *
1718  *      - in the case when user level buffer, supplied to {read,write}(file0),
1719  *        is a part of a memory mapped lustre file, client has to take a dlm
1720  *        locks on file0, and all files that back up the buffer (or a part of
1721  *        the buffer, that is being processed in the current chunk, in any
1722  *        case, there are situations where at least 2 locks are necessary).
1723  *
1724  * In such cases we at least try to take locks in the same consistent
1725  * order. To this end, all locks are first collected, then sorted, and then
1726  * enqueued.
1727  */
1728 struct cl_lockset {
1729         /** locks to be acquired. */
1730         struct list_head  cls_todo;
1731         /** locks acquired. */
1732         struct list_head  cls_done;
1733 };
1734
1735 /**
1736  * Lock requirements(demand) for IO. It should be cl_io_lock_req,
1737  * but 'req' is always to be thought as 'request' :-)
1738  */
1739 enum cl_io_lock_dmd {
1740         /** Always lock data (e.g., O_APPEND). */
1741         CILR_MANDATORY = 0,
1742         /** Layers are free to decide between local and global locking. */
1743         CILR_MAYBE,
1744         /** Never lock: there is no cache (e.g., liblustre). */
1745         CILR_NEVER
1746 };
1747
1748 enum cl_fsync_mode {
1749         /** start writeback, do not wait for them to finish */
1750         CL_FSYNC_NONE  = 0,
1751         /** start writeback and wait for them to finish */
1752         CL_FSYNC_LOCAL = 1,
1753         /** discard all of dirty pages in a specific file range */
1754         CL_FSYNC_DISCARD = 2,
1755         /** start writeback and make sure they have reached storage before
1756          * return. OST_SYNC RPC must be issued and finished */
1757         CL_FSYNC_ALL   = 3
1758 };
1759
1760 struct cl_io_range {
1761         loff_t cir_pos;
1762         size_t cir_count;
1763 };
1764
1765 struct cl_io_pt {
1766         struct cl_io_pt         *cip_next;
1767         struct cfs_ptask         cip_task;
1768         struct kiocb             cip_iocb;
1769         struct iov_iter          cip_iter;
1770         struct file             *cip_file;
1771         enum cl_io_type          cip_iot;
1772         unsigned int             cip_need_restart:1;
1773         loff_t                   cip_pos;
1774         size_t                   cip_count;
1775         ssize_t                  cip_result;
1776 };
1777
1778 /**
1779  * State for io.
1780  *
1781  * cl_io is shared by all threads participating in this IO (in current
1782  * implementation only one thread advances IO, but parallel IO design and
1783  * concurrent copy_*_user() require multiple threads acting on the same IO. It
1784  * is up to these threads to serialize their activities, including updates to
1785  * mutable cl_io fields.
1786  */
1787 struct cl_io {
1788         /** type of this IO. Immutable after creation. */
1789         enum cl_io_type                ci_type;
1790         /** current state of cl_io state machine. */
1791         enum cl_io_state               ci_state;
1792         /** main object this io is against. Immutable after creation. */
1793         struct cl_object              *ci_obj;
1794         /**
1795          * Upper layer io, of which this io is a part of. Immutable after
1796          * creation.
1797          */
1798         struct cl_io                  *ci_parent;
1799         /** List of slices. Immutable after creation. */
1800         struct list_head                ci_layers;
1801         /** list of locks (to be) acquired by this io. */
1802         struct cl_lockset              ci_lockset;
1803         /** lock requirements, this is just a help info for sublayers. */
1804         enum cl_io_lock_dmd            ci_lockreq;
1805         /** layout version when this IO occurs */
1806         __u32                           ci_layout_version;
1807         union {
1808                 struct cl_rw_io {
1809                         struct iov_iter          rw_iter;
1810                         struct kiocb             rw_iocb;
1811                         struct cl_io_range       rw_range;
1812                         struct file             *rw_file;
1813                         unsigned int             rw_nonblock:1,
1814                                                  rw_append:1,
1815                                                  rw_sync:1;
1816                         int (*rw_ptask)(struct cfs_ptask *ptask);
1817                 } ci_rw;
1818                 struct cl_setattr_io {
1819                         struct ost_lvb           sa_attr;
1820                         unsigned int             sa_attr_flags;
1821                         unsigned int             sa_valid;
1822                         int                      sa_stripe_index;
1823                         struct ost_layout        sa_layout;
1824                         const struct lu_fid     *sa_parent_fid;
1825                 } ci_setattr;
1826                 struct cl_data_version_io {
1827                         u64 dv_data_version;
1828                         u32 dv_layout_version;
1829                         int dv_flags;
1830                 } ci_data_version;
1831                 struct cl_fault_io {
1832                         /** page index within file. */
1833                         pgoff_t         ft_index;
1834                         /** bytes valid byte on a faulted page. */
1835                         size_t          ft_nob;
1836                         /** writable page? for nopage() only */
1837                         int             ft_writable;
1838                         /** page of an executable? */
1839                         int             ft_executable;
1840                         /** page_mkwrite() */
1841                         int             ft_mkwrite;
1842                         /** resulting page */
1843                         struct cl_page *ft_page;
1844                 } ci_fault;
1845                 struct cl_fsync_io {
1846                         loff_t             fi_start;
1847                         loff_t             fi_end;
1848                         /** file system level fid */
1849                         struct lu_fid     *fi_fid;
1850                         enum cl_fsync_mode fi_mode;
1851                         /* how many pages were written/discarded */
1852                         unsigned int       fi_nr_written;
1853                 } ci_fsync;
1854                 struct cl_ladvise_io {
1855                         __u64                    li_start;
1856                         __u64                    li_end;
1857                         /** file system level fid */
1858                         struct lu_fid           *li_fid;
1859                         enum lu_ladvise_type     li_advice;
1860                         __u64                    li_flags;
1861                 } ci_ladvise;
1862         } u;
1863         struct cl_2queue     ci_queue;
1864         size_t               ci_nob;
1865         int                  ci_result;
1866         unsigned int         ci_continue:1,
1867         /**
1868          * This io has held grouplock, to inform sublayers that
1869          * don't do lockless i/o.
1870          */
1871                              ci_no_srvlock:1,
1872         /**
1873          * The whole IO need to be restarted because layout has been changed
1874          */
1875                              ci_need_restart:1,
1876         /**
1877          * to not refresh layout - the IO issuer knows that the layout won't
1878          * change(page operations, layout change causes all page to be
1879          * discarded), or it doesn't matter if it changes(sync).
1880          */
1881                              ci_ignore_layout:1,
1882         /**
1883          * Need MDS intervention to complete a write.
1884          * Write intent is required for the following cases:
1885          * 1. component being written is not initialized, or
1886          * 2. the mirrored files are NOT in WRITE_PENDING state.
1887          */
1888                              ci_need_write_intent:1,
1889         /**
1890          * Check if layout changed after the IO finishes. Mainly for HSM
1891          * requirement. If IO occurs to openning files, it doesn't need to
1892          * verify layout because HSM won't release openning files.
1893          * Right now, only two opertaions need to verify layout: glimpse
1894          * and setattr.
1895          */
1896                              ci_verify_layout:1,
1897         /**
1898          * file is released, restore has to to be triggered by vvp layer
1899          */
1900                              ci_restore_needed:1,
1901         /**
1902          * O_NOATIME
1903          */
1904                              ci_noatime:1,
1905         /** Set to 1 if parallel execution is allowed for current I/O? */
1906                              ci_pio:1,
1907         /* Tell sublayers not to expand LDLM locks requested for this IO */
1908                              ci_lock_no_expand:1,
1909         /**
1910          * Set if non-delay RPC should be used for this IO.
1911          *
1912          * If this file has multiple mirrors, and if the OSTs of the current
1913          * mirror is inaccessible, non-delay RPC would error out quickly so
1914          * that the upper layer can try to access the next mirror.
1915          */
1916                              ci_ndelay:1;
1917         /**
1918          * How many times the read has retried before this one.
1919          * Set by the top level and consumed by the LOV.
1920          */
1921         unsigned             ci_ndelay_tried;
1922         /**
1923          * Designated mirror index for this I/O.
1924          */
1925         unsigned             ci_designated_mirror;
1926         /**
1927          * Number of pages owned by this IO. For invariant checking.
1928          */
1929         unsigned             ci_owned_nr;
1930         /**
1931          * Range of write intent. Valid if ci_need_write_intent is set.
1932          */
1933         struct lu_extent        ci_write_intent;
1934 };
1935
1936 /** @} cl_io */
1937
1938 /**
1939  * Per-transfer attributes.
1940  */
1941 struct cl_req_attr {
1942         enum cl_req_type cra_type;
1943         u64              cra_flags;
1944         struct cl_page  *cra_page;
1945         /** Generic attributes for the server consumption. */
1946         struct obdo     *cra_oa;
1947         /** Jobid */
1948         char             cra_jobid[LUSTRE_JOBID_SIZE];
1949 };
1950
1951 enum cache_stats_item {
1952         /** how many cache lookups were performed */
1953         CS_lookup = 0,
1954         /** how many times cache lookup resulted in a hit */
1955         CS_hit,
1956         /** how many entities are in the cache right now */
1957         CS_total,
1958         /** how many entities in the cache are actively used (and cannot be
1959          * evicted) right now */
1960         CS_busy,
1961         /** how many entities were created at all */
1962         CS_create,
1963         CS_NR
1964 };
1965
1966 #define CS_NAMES { "lookup", "hit", "total", "busy", "create" }
1967
1968 /**
1969  * Stats for a generic cache (similar to inode, lu_object, etc. caches).
1970  */
1971 struct cache_stats {
1972         const char      *cs_name;
1973         atomic_t        cs_stats[CS_NR];
1974 };
1975
1976 /** These are not exported so far */
1977 void cache_stats_init (struct cache_stats *cs, const char *name);
1978
1979 /**
1980  * Client-side site. This represents particular client stack. "Global"
1981  * variables should (directly or indirectly) be added here to allow multiple
1982  * clients to co-exist in the single address space.
1983  */
1984 struct cl_site {
1985         struct lu_site          cs_lu;
1986         /**
1987          * Statistical counters. Atomics do not scale, something better like
1988          * per-cpu counters is needed.
1989          *
1990          * These are exported as /proc/fs/lustre/llite/.../site
1991          *
1992          * When interpreting keep in mind that both sub-locks (and sub-pages)
1993          * and top-locks (and top-pages) are accounted here.
1994          */
1995         struct cache_stats      cs_pages;
1996         atomic_t                cs_pages_state[CPS_NR];
1997 };
1998
1999 int  cl_site_init(struct cl_site *s, struct cl_device *top);
2000 void cl_site_fini(struct cl_site *s);
2001 void cl_stack_fini(const struct lu_env *env, struct cl_device *cl);
2002
2003 /**
2004  * Output client site statistical counters into a buffer. Suitable for
2005  * ll_rd_*()-style functions.
2006  */
2007 int cl_site_stats_print(const struct cl_site *site, struct seq_file *m);
2008
2009 /**
2010  * \name helpers
2011  *
2012  * Type conversion and accessory functions.
2013  */
2014 /** @{ */
2015
2016 static inline struct cl_site *lu2cl_site(const struct lu_site *site)
2017 {
2018         return container_of(site, struct cl_site, cs_lu);
2019 }
2020
2021 static inline struct cl_device *lu2cl_dev(const struct lu_device *d)
2022 {
2023         LASSERT(d == NULL || IS_ERR(d) || lu_device_is_cl(d));
2024         return container_of0(d, struct cl_device, cd_lu_dev);
2025 }
2026
2027 static inline struct lu_device *cl2lu_dev(struct cl_device *d)
2028 {
2029         return &d->cd_lu_dev;
2030 }
2031
2032 static inline struct cl_object *lu2cl(const struct lu_object *o)
2033 {
2034         LASSERT(o == NULL || IS_ERR(o) || lu_device_is_cl(o->lo_dev));
2035         return container_of0(o, struct cl_object, co_lu);
2036 }
2037
2038 static inline const struct cl_object_conf *
2039 lu2cl_conf(const struct lu_object_conf *conf)
2040 {
2041         return container_of0(conf, struct cl_object_conf, coc_lu);
2042 }
2043
2044 static inline struct cl_object *cl_object_next(const struct cl_object *obj)
2045 {
2046         return obj ? lu2cl(lu_object_next(&obj->co_lu)) : NULL;
2047 }
2048
2049 static inline struct cl_object_header *luh2coh(const struct lu_object_header *h)
2050 {
2051         return container_of0(h, struct cl_object_header, coh_lu);
2052 }
2053
2054 static inline struct cl_site *cl_object_site(const struct cl_object *obj)
2055 {
2056         return lu2cl_site(obj->co_lu.lo_dev->ld_site);
2057 }
2058
2059 static inline
2060 struct cl_object_header *cl_object_header(const struct cl_object *obj)
2061 {
2062         return luh2coh(obj->co_lu.lo_header);
2063 }
2064
2065 static inline int cl_device_init(struct cl_device *d, struct lu_device_type *t)
2066 {
2067         return lu_device_init(&d->cd_lu_dev, t);
2068 }
2069
2070 static inline void cl_device_fini(struct cl_device *d)
2071 {
2072         lu_device_fini(&d->cd_lu_dev);
2073 }
2074
2075 void cl_page_slice_add(struct cl_page *page, struct cl_page_slice *slice,
2076                        struct cl_object *obj, pgoff_t index,
2077                        const struct cl_page_operations *ops);
2078 void cl_lock_slice_add(struct cl_lock *lock, struct cl_lock_slice *slice,
2079                        struct cl_object *obj,
2080                        const struct cl_lock_operations *ops);
2081 void cl_io_slice_add(struct cl_io *io, struct cl_io_slice *slice,
2082                      struct cl_object *obj, const struct cl_io_operations *ops);
2083 /** @} helpers */
2084
2085 /** \defgroup cl_object cl_object
2086  * @{ */
2087 struct cl_object *cl_object_top (struct cl_object *o);
2088 struct cl_object *cl_object_find(const struct lu_env *env, struct cl_device *cd,
2089                                  const struct lu_fid *fid,
2090                                  const struct cl_object_conf *c);
2091
2092 int  cl_object_header_init(struct cl_object_header *h);
2093 void cl_object_header_fini(struct cl_object_header *h);
2094 void cl_object_put        (const struct lu_env *env, struct cl_object *o);
2095 void cl_object_get        (struct cl_object *o);
2096 void cl_object_attr_lock  (struct cl_object *o);
2097 void cl_object_attr_unlock(struct cl_object *o);
2098 int  cl_object_attr_get(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2099                         struct cl_attr *attr);
2100 int  cl_object_attr_update(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2101                            const struct cl_attr *attr, unsigned valid);
2102 int  cl_object_glimpse    (const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2103                            struct ost_lvb *lvb);
2104 int  cl_conf_set          (const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2105                            const struct cl_object_conf *conf);
2106 int  cl_object_prune      (const struct lu_env *env, struct cl_object *obj);
2107 void cl_object_kill       (const struct lu_env *env, struct cl_object *obj);
2108 int cl_object_getstripe(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2109                         struct lov_user_md __user *lum, size_t size);
2110 int cl_object_fiemap(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2111                      struct ll_fiemap_info_key *fmkey, struct fiemap *fiemap,
2112                      size_t *buflen);
2113 int cl_object_layout_get(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2114                          struct cl_layout *cl);
2115 loff_t cl_object_maxbytes(struct cl_object *obj);
2116
2117 /**
2118  * Returns true, iff \a o0 and \a o1 are slices of the same object.
2119  */
2120 static inline int cl_object_same(struct cl_object *o0, struct cl_object *o1)
2121 {
2122         return cl_object_header(o0) == cl_object_header(o1);
2123 }
2124
2125 static inline void cl_object_page_init(struct cl_object *clob, int size)
2126 {
2127         clob->co_slice_off = cl_object_header(clob)->coh_page_bufsize;
2128         cl_object_header(clob)->coh_page_bufsize += cfs_size_round(size);
2129         WARN_ON(cl_object_header(clob)->coh_page_bufsize > 512);
2130 }
2131
2132 static inline void *cl_object_page_slice(struct cl_object *clob,
2133                                          struct cl_page *page)
2134 {
2135         return (void *)((char *)page + clob->co_slice_off);
2136 }
2137
2138 /**
2139  * Return refcount of cl_object.
2140  */
2141 static inline int cl_object_refc(struct cl_object *clob)
2142 {
2143         struct lu_object_header *header = clob->co_lu.lo_header;
2144         return atomic_read(&header->loh_ref);
2145 }
2146
2147 /** @} cl_object */
2148
2149 /** \defgroup cl_page cl_page
2150  * @{ */
2151 enum {
2152         CLP_GANG_OKAY = 0,
2153         CLP_GANG_RESCHED,
2154         CLP_GANG_AGAIN,
2155         CLP_GANG_ABORT
2156 };
2157 /* callback of cl_page_gang_lookup() */
2158
2159 struct cl_page *cl_page_find        (const struct lu_env *env,
2160                                      struct cl_object *obj,
2161                                      pgoff_t idx, struct page *vmpage,
2162                                      enum cl_page_type type);
2163 struct cl_page *cl_page_alloc       (const struct lu_env *env,
2164                                      struct cl_object *o, pgoff_t ind,
2165                                      struct page *vmpage,
2166                                      enum cl_page_type type);
2167 void            cl_page_get         (struct cl_page *page);
2168 void            cl_page_put         (const struct lu_env *env,
2169                                      struct cl_page *page);
2170 void            cl_page_print       (const struct lu_env *env, void *cookie,
2171                                      lu_printer_t printer,
2172                                      const struct cl_page *pg);
2173 void            cl_page_header_print(const struct lu_env *env, void *cookie,
2174                                      lu_printer_t printer,
2175                                      const struct cl_page *pg);
2176 struct cl_page *cl_vmpage_page      (struct page *vmpage, struct cl_object *obj);
2177 struct cl_page *cl_page_top         (struct cl_page *page);
2178
2179 const struct cl_page_slice *cl_page_at(const struct cl_page *page,
2180                                        const struct lu_device_type *dtype);
2181
2182 /**
2183  * \name ownership
2184  *
2185  * Functions dealing with the ownership of page by io.
2186  */
2187 /** @{ */
2188
2189 int  cl_page_own        (const struct lu_env *env,
2190                          struct cl_io *io, struct cl_page *page);
2191 int  cl_page_own_try    (const struct lu_env *env,
2192                          struct cl_io *io, struct cl_page *page);
2193 void cl_page_assume     (const struct lu_env *env,
2194                          struct cl_io *io, struct cl_page *page);
2195 void cl_page_unassume   (const struct lu_env *env,
2196                          struct cl_io *io, struct cl_page *pg);
2197 void cl_page_disown     (const struct lu_env *env,
2198                          struct cl_io *io, struct cl_page *page);
2199 int  cl_page_is_owned   (const struct cl_page *pg, const struct cl_io *io);
2200
2201 /** @} ownership */
2202
2203 /**
2204  * \name transfer
2205  *
2206  * Functions dealing with the preparation of a page for a transfer, and
2207  * tracking transfer state.
2208  */
2209 /** @{ */
2210 int  cl_page_prep       (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2211                          struct cl_page *pg, enum cl_req_type crt);
2212 void cl_page_completion (const struct lu_env *env,
2213                          struct cl_page *pg, enum cl_req_type crt, int ioret);
2214 int  cl_page_make_ready (const struct lu_env *env, struct cl_page *pg,
2215                          enum cl_req_type crt);
2216 int  cl_page_cache_add  (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2217                          struct cl_page *pg, enum cl_req_type crt);
2218 void cl_page_clip       (const struct lu_env *env, struct cl_page *pg,
2219                          int from, int to);
2220 int  cl_page_cancel     (const struct lu_env *env, struct cl_page *page);
2221 int  cl_page_flush      (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2222                          struct cl_page *pg);
2223
2224 /** @} transfer */
2225
2226
2227 /**
2228  * \name helper routines
2229  * Functions to discard, delete and export a cl_page.
2230  */
2231 /** @{ */
2232 void    cl_page_discard(const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2233                         struct cl_page *pg);
2234 void    cl_page_delete(const struct lu_env *env, struct cl_page *pg);
2235 int     cl_page_is_vmlocked(const struct lu_env *env,
2236                             const struct cl_page *pg);
2237 void    cl_page_touch(const struct lu_env *env, const struct cl_page *pg,
2238                       size_t to);
2239 void    cl_page_export(const struct lu_env *env,
2240                        struct cl_page *pg, int uptodate);
2241 loff_t  cl_offset(const struct cl_object *obj, pgoff_t idx);
2242 pgoff_t cl_index(const struct cl_object *obj, loff_t offset);
2243 size_t  cl_page_size(const struct cl_object *obj);
2244
2245 void cl_lock_print(const struct lu_env *env, void *cookie,
2246                    lu_printer_t printer, const struct cl_lock *lock);
2247 void cl_lock_descr_print(const struct lu_env *env, void *cookie,
2248                          lu_printer_t printer,
2249                          const struct cl_lock_descr *descr);
2250 /* @} helper */
2251
2252 /**
2253  * Data structure managing a client's cached pages. A count of
2254  * "unstable" pages is maintained, and an LRU of clean pages is
2255  * maintained. "unstable" pages are pages pinned by the ptlrpc
2256  * layer for recovery purposes.
2257  */
2258 struct cl_client_cache {
2259         /**
2260          * # of client cache refcount
2261          * # of users (OSCs) + 2 (held by llite and lov)
2262          */
2263         atomic_t                ccc_users;
2264         /**
2265          * # of threads are doing shrinking
2266          */
2267         unsigned int            ccc_lru_shrinkers;
2268         /**
2269          * # of LRU entries available
2270          */
2271         atomic_long_t           ccc_lru_left;
2272         /**
2273          * List of entities(OSCs) for this LRU cache
2274          */
2275         struct list_head        ccc_lru;
2276         /**
2277          * Max # of LRU entries
2278          */
2279         unsigned long           ccc_lru_max;
2280         /**
2281          * Lock to protect ccc_lru list
2282          */
2283         spinlock_t              ccc_lru_lock;
2284         /**
2285          * Set if unstable check is enabled
2286          */
2287         unsigned int            ccc_unstable_check:1;
2288         /**
2289          * # of unstable pages for this mount point
2290          */
2291         atomic_long_t           ccc_unstable_nr;
2292         /**
2293          * Waitq for awaiting unstable pages to reach zero.
2294          * Used at umounting time and signaled on BRW commit
2295          */
2296         wait_queue_head_t       ccc_unstable_waitq;
2297 };
2298 /**
2299  * cl_cache functions
2300  */
2301 struct cl_client_cache *cl_cache_init(unsigned long lru_page_max);
2302 void cl_cache_incref(struct cl_client_cache *cache);
2303 void cl_cache_decref(struct cl_client_cache *cache);
2304
2305 /** @} cl_page */
2306
2307 /** \defgroup cl_lock cl_lock
2308  * @{ */
2309 int cl_lock_request(const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2310                     struct cl_lock *lock);
2311 int cl_lock_init(const struct lu_env *env, struct cl_lock *lock,
2312                  const struct cl_io *io);
2313 void cl_lock_fini(const struct lu_env *env, struct cl_lock *lock);
2314 const struct cl_lock_slice *cl_lock_at(const struct cl_lock *lock,
2315                                        const struct lu_device_type *dtype);
2316 void cl_lock_release(const struct lu_env *env, struct cl_lock *lock);
2317
2318 int cl_lock_enqueue(const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2319                     struct cl_lock *lock, struct cl_sync_io *anchor);
2320 void cl_lock_cancel(const struct lu_env *env, struct cl_lock *lock);
2321
2322 /** @} cl_lock */
2323
2324 /** \defgroup cl_io cl_io
2325  * @{ */
2326
2327 int   cl_io_init         (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2328                           enum cl_io_type iot, struct cl_object *obj);
2329 int   cl_io_sub_init     (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2330                           enum cl_io_type iot, struct cl_object *obj);
2331 int   cl_io_rw_init      (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2332                           enum cl_io_type iot, loff_t pos, size_t count);
2333 int   cl_io_loop         (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2334
2335 void  cl_io_fini         (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2336 int   cl_io_iter_init    (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2337 void  cl_io_iter_fini    (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2338 int   cl_io_lock         (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2339 void  cl_io_unlock       (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2340 int   cl_io_start        (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2341 void  cl_io_end          (const struct lu_env *env, struct cl_io *io);
2342 int   cl_io_lock_add     (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2343                           struct cl_io_lock_link *link);
2344 int   cl_io_lock_alloc_add(const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2345                            struct cl_lock_descr *descr);
2346 int   cl_io_submit_rw    (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2347                           enum cl_req_type iot, struct cl_2queue *queue);
2348 int   cl_io_submit_sync  (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2349                           enum cl_req_type iot, struct cl_2queue *queue,
2350                           long timeout);
2351 int   cl_io_commit_async (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2352                           struct cl_page_list *queue, int from, int to,
2353                           cl_commit_cbt cb);
2354 int   cl_io_read_ahead   (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2355                           pgoff_t start, struct cl_read_ahead *ra);
2356 void  cl_io_rw_advance   (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2357                           size_t nob);
2358 int   cl_io_cancel       (const struct lu_env *env, struct cl_io *io,
2359                           struct cl_page_list *queue);
2360
2361 /**
2362  * True, iff \a io is an O_APPEND write(2).
2363  */
2364 static inline int cl_io_is_append(const struct cl_io *io)
2365 {
2366         return io->ci_type == CIT_WRITE && io->u.ci_rw.rw_append;
2367 }
2368
2369 static inline int cl_io_is_sync_write(const struct cl_io *io)
2370 {
2371         return io->ci_type == CIT_WRITE && io->u.ci_rw.rw_sync;
2372 }
2373
2374 static inline int cl_io_is_mkwrite(const struct cl_io *io)
2375 {
2376         return io->ci_type == CIT_FAULT && io->u.ci_fault.ft_mkwrite;
2377 }
2378
2379 /**
2380  * True, iff \a io is a truncate(2).
2381  */
2382 static inline int cl_io_is_trunc(const struct cl_io *io)
2383 {
2384         return io->ci_type == CIT_SETATTR &&
2385                 (io->u.ci_setattr.sa_valid & ATTR_SIZE);
2386 }
2387
2388 struct cl_io *cl_io_top(struct cl_io *io);
2389
2390 void cl_io_print(const struct lu_env *env, void *cookie,
2391                  lu_printer_t printer, const struct cl_io *io);
2392
2393 #define CL_IO_SLICE_CLEAN(foo_io, base)                                 \
2394 do {                                                                    \
2395         typeof(foo_io) __foo_io = (foo_io);                             \
2396                                                                         \
2397         memset(&__foo_io->base, 0,                                      \
2398                sizeof(*__foo_io) - offsetof(typeof(*__foo_io), base));  \
2399 } while (0)
2400
2401 /** @} cl_io */
2402
2403 /** \defgroup cl_page_list cl_page_list
2404  * @{ */
2405
2406 /**
2407  * Last page in the page list.
2408  */
2409 static inline struct cl_page *cl_page_list_last(struct cl_page_list *plist)
2410 {
2411         LASSERT(plist->pl_nr > 0);
2412         return list_entry(plist->pl_pages.prev, struct cl_page, cp_batch);
2413 }
2414
2415 static inline struct cl_page *cl_page_list_first(struct cl_page_list *plist)
2416 {
2417         LASSERT(plist->pl_nr > 0);
2418         return list_entry(plist->pl_pages.next, struct cl_page, cp_batch);
2419 }
2420
2421 /**
2422  * Iterate over pages in a page list.
2423  */
2424 #define cl_page_list_for_each(page, list)                               \
2425         list_for_each_entry((page), &(list)->pl_pages, cp_batch)
2426
2427 /**
2428  * Iterate over pages in a page list, taking possible removals into account.
2429  */
2430 #define cl_page_list_for_each_safe(page, temp, list)                    \
2431         list_for_each_entry_safe((page), (temp), &(list)->pl_pages, cp_batch)
2432
2433 void cl_page_list_init   (struct cl_page_list *plist);
2434 void cl_page_list_add    (struct cl_page_list *plist, struct cl_page *page);
2435 void cl_page_list_move   (struct cl_page_list *dst, struct cl_page_list *src,
2436                           struct cl_page *page);
2437 void cl_page_list_move_head(struct cl_page_list *dst, struct cl_page_list *src,
2438                           struct cl_page *page);
2439 void cl_page_list_splice (struct cl_page_list *list,
2440                           struct cl_page_list *head);
2441 void cl_page_list_del    (const struct lu_env *env,
2442                           struct cl_page_list *plist, struct cl_page *page);
2443 void cl_page_list_disown (const struct lu_env *env,
2444                           struct cl_io *io, struct cl_page_list *plist);
2445 void cl_page_list_assume (const struct lu_env *env,
2446                           struct cl_io *io, struct cl_page_list *plist);
2447 void cl_page_list_discard(const struct lu_env *env,
2448                           struct cl_io *io, struct cl_page_list *plist);
2449 void cl_page_list_fini   (const struct lu_env *env, struct cl_page_list *plist);
2450
2451 void cl_2queue_init     (struct cl_2queue *queue);
2452 void cl_2queue_add      (struct cl_2queue *queue, struct cl_page *page);
2453 void cl_2queue_disown   (const struct lu_env *env,
2454                          struct cl_io *io, struct cl_2queue *queue);
2455 void cl_2queue_assume   (const struct lu_env *env,
2456                          struct cl_io *io, struct cl_2queue *queue);
2457 void cl_2queue_discard  (const struct lu_env *env,
2458                          struct cl_io *io, struct cl_2queue *queue);
2459 void cl_2queue_fini     (const struct lu_env *env, struct cl_2queue *queue);
2460 void cl_2queue_init_page(struct cl_2queue *queue, struct cl_page *page);
2461
2462 /** @} cl_page_list */
2463
2464 void cl_req_attr_set(const struct lu_env *env, struct cl_object *obj,
2465                      struct cl_req_attr *attr);
2466
2467 /** \defgroup cl_sync_io cl_sync_io
2468  * @{ */
2469
2470 /**
2471  * Anchor for synchronous transfer. This is allocated on a stack by thread
2472  * doing synchronous transfer, and a pointer to this structure is set up in
2473  * every page submitted for transfer. Transfer completion routine updates
2474  * anchor and wakes up waiting thread when transfer is complete.
2475  */
2476 struct cl_sync_io {
2477         /** number of pages yet to be transferred. */
2478         atomic_t                csi_sync_nr;
2479         /** error code. */
2480         int                     csi_sync_rc;
2481         /** barrier of destroy this structure */
2482         atomic_t                csi_barrier;
2483         /** completion to be signaled when transfer is complete. */
2484         wait_queue_head_t       csi_waitq;
2485         /** callback to invoke when this IO is finished */
2486         void                    (*csi_end_io)(const struct lu_env *,
2487                                               struct cl_sync_io *);
2488 };
2489
2490 void cl_sync_io_init(struct cl_sync_io *anchor, int nr,
2491                      void (*end)(const struct lu_env *, struct cl_sync_io *));
2492 int  cl_sync_io_wait(const struct lu_env *env, struct cl_sync_io *anchor,
2493                      long timeout);
2494 void cl_sync_io_note(const struct lu_env *env, struct cl_sync_io *anchor,
2495                      int ioret);
2496 void cl_sync_io_end(const struct lu_env *env, struct cl_sync_io *anchor);
2497
2498 /** @} cl_sync_io */
2499
2500 /** \defgroup cl_env cl_env
2501  *
2502  * lu_env handling for a client.
2503  *
2504  * lu_env is an environment within which lustre code executes. Its major part
2505  * is lu_context---a fast memory allocation mechanism that is used to conserve
2506  * precious kernel stack space. Originally lu_env was designed for a server,
2507  * where
2508  *
2509  *     - there is a (mostly) fixed number of threads, and
2510  *
2511  *     - call chains have no non-lustre portions inserted between lustre code.
2512  *
2513  * On a client both these assumtpion fails, because every user thread can
2514  * potentially execute lustre code as part of a system call, and lustre calls
2515  * into VFS or MM that call back into lustre.
2516  *
2517  * To deal with that, cl_env wrapper functions implement the following
2518  * optimizations:
2519  *
2520  *     - allocation and destruction of environment is amortized by caching no
2521  *     longer used environments instead of destroying them;
2522  *
2523  * \see lu_env, lu_context, lu_context_key
2524  * @{ */
2525
2526 struct lu_env *cl_env_get(__u16 *refcheck);
2527 struct lu_env *cl_env_alloc(__u16 *refcheck, __u32 tags);
2528 void cl_env_put(struct lu_env *env, __u16 *refcheck);
2529 unsigned cl_env_cache_purge(unsigned nr);
2530 struct lu_env *cl_env_percpu_get(void);
2531 void cl_env_percpu_put(struct lu_env *env);
2532
2533 /** @} cl_env */
2534
2535 /*
2536  * Misc
2537  */
2538 void cl_attr2lvb(struct ost_lvb *lvb, const struct cl_attr *attr);
2539 void cl_lvb2attr(struct cl_attr *attr, const struct ost_lvb *lvb);
2540
2541 struct cl_device *cl_type_setup(const struct lu_env *env, struct lu_site *site,
2542                                 struct lu_device_type *ldt,
2543                                 struct lu_device *next);
2544 /** @} clio */
2545
2546 int cl_global_init(void);
2547 void cl_global_fini(void);
2548
2549 #endif /* _LINUX_CL_OBJECT_H */