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Encoding:
C/C++ Source or Header  |  2008-12-24  |  16.0 KB  |  403 lines

  1. #ifndef _RAID5_H
  2. #define _RAID5_H
  3.  
  4. #include <linux/raid/md.h>
  5. #include <linux/raid/xor.h>
  6.  
  7. /*
  8.  *
  9.  * Each stripe contains one buffer per disc.  Each buffer can be in
  10.  * one of a number of states stored in "flags".  Changes between
  11.  * these states happen *almost* exclusively under a per-stripe
  12.  * spinlock.  Some very specific changes can happen in bi_end_io, and
  13.  * these are not protected by the spin lock.
  14.  *
  15.  * The flag bits that are used to represent these states are:
  16.  *   R5_UPTODATE and R5_LOCKED
  17.  *
  18.  * State Empty == !UPTODATE, !LOCK
  19.  *        We have no data, and there is no active request
  20.  * State Want == !UPTODATE, LOCK
  21.  *        A read request is being submitted for this block
  22.  * State Dirty == UPTODATE, LOCK
  23.  *        Some new data is in this buffer, and it is being written out
  24.  * State Clean == UPTODATE, !LOCK
  25.  *        We have valid data which is the same as on disc
  26.  *
  27.  * The possible state transitions are:
  28.  *
  29.  *  Empty -> Want   - on read or write to get old data for  parity calc
  30.  *  Empty -> Dirty  - on compute_parity to satisfy write/sync request.(RECONSTRUCT_WRITE)
  31.  *  Empty -> Clean  - on compute_block when computing a block for failed drive
  32.  *  Want  -> Empty  - on failed read
  33.  *  Want  -> Clean  - on successful completion of read request
  34.  *  Dirty -> Clean  - on successful completion of write request
  35.  *  Dirty -> Clean  - on failed write
  36.  *  Clean -> Dirty  - on compute_parity to satisfy write/sync (RECONSTRUCT or RMW)
  37.  *
  38.  * The Want->Empty, Want->Clean, Dirty->Clean, transitions
  39.  * all happen in b_end_io at interrupt time.
  40.  * Each sets the Uptodate bit before releasing the Lock bit.
  41.  * This leaves one multi-stage transition:
  42.  *    Want->Dirty->Clean
  43.  * This is safe because thinking that a Clean buffer is actually dirty
  44.  * will at worst delay some action, and the stripe will be scheduled
  45.  * for attention after the transition is complete.
  46.  *
  47.  * There is one possibility that is not covered by these states.  That
  48.  * is if one drive has failed and there is a spare being rebuilt.  We
  49.  * can't distinguish between a clean block that has been generated
  50.  * from parity calculations, and a clean block that has been
  51.  * successfully written to the spare ( or to parity when resyncing).
  52.  * To distingush these states we have a stripe bit STRIPE_INSYNC that
  53.  * is set whenever a write is scheduled to the spare, or to the parity
  54.  * disc if there is no spare.  A sync request clears this bit, and
  55.  * when we find it set with no buffers locked, we know the sync is
  56.  * complete.
  57.  *
  58.  * Buffers for the md device that arrive via make_request are attached
  59.  * to the appropriate stripe in one of two lists linked on b_reqnext.
  60.  * One list (bh_read) for read requests, one (bh_write) for write.
  61.  * There should never be more than one buffer on the two lists
  62.  * together, but we are not guaranteed of that so we allow for more.
  63.  *
  64.  * If a buffer is on the read list when the associated cache buffer is
  65.  * Uptodate, the data is copied into the read buffer and it's b_end_io
  66.  * routine is called.  This may happen in the end_request routine only
  67.  * if the buffer has just successfully been read.  end_request should
  68.  * remove the buffers from the list and then set the Uptodate bit on
  69.  * the buffer.  Other threads may do this only if they first check
  70.  * that the Uptodate bit is set.  Once they have checked that they may
  71.  * take buffers off the read queue.
  72.  *
  73.  * When a buffer on the write list is committed for write it is copied
  74.  * into the cache buffer, which is then marked dirty, and moved onto a
  75.  * third list, the written list (bh_written).  Once both the parity
  76.  * block and the cached buffer are successfully written, any buffer on
  77.  * a written list can be returned with b_end_io.
  78.  *
  79.  * The write list and read list both act as fifos.  The read list is
  80.  * protected by the device_lock.  The write and written lists are
  81.  * protected by the stripe lock.  The device_lock, which can be
  82.  * claimed while the stipe lock is held, is only for list
  83.  * manipulations and will only be held for a very short time.  It can
  84.  * be claimed from interrupts.
  85.  *
  86.  *
  87.  * Stripes in the stripe cache can be on one of two lists (or on
  88.  * neither).  The "inactive_list" contains stripes which are not
  89.  * currently being used for any request.  They can freely be reused
  90.  * for another stripe.  The "handle_list" contains stripes that need
  91.  * to be handled in some way.  Both of these are fifo queues.  Each
  92.  * stripe is also (potentially) linked to a hash bucket in the hash
  93.  * table so that it can be found by sector number.  Stripes that are
  94.  * not hashed must be on the inactive_list, and will normally be at
  95.  * the front.  All stripes start life this way.
  96.  *
  97.  * The inactive_list, handle_list and hash bucket lists are all protected by the
  98.  * device_lock.
  99.  *  - stripes on the inactive_list never have their stripe_lock held.
  100.  *  - stripes have a reference counter. If count==0, they are on a list.
  101.  *  - If a stripe might need handling, STRIPE_HANDLE is set.
  102.  *  - When refcount reaches zero, then if STRIPE_HANDLE it is put on
  103.  *    handle_list else inactive_list
  104.  *
  105.  * This, combined with the fact that STRIPE_HANDLE is only ever
  106.  * cleared while a stripe has a non-zero count means that if the
  107.  * refcount is 0 and STRIPE_HANDLE is set, then it is on the
  108.  * handle_list and if recount is 0 and STRIPE_HANDLE is not set, then
  109.  * the stripe is on inactive_list.
  110.  *
  111.  * The possible transitions are:
  112.  *  activate an unhashed/inactive stripe (get_active_stripe())
  113.  *     lockdev check-hash unlink-stripe cnt++ clean-stripe hash-stripe unlockdev
  114.  *  activate a hashed, possibly active stripe (get_active_stripe())
  115.  *     lockdev check-hash if(!cnt++)unlink-stripe unlockdev
  116.  *  attach a request to an active stripe (add_stripe_bh())
  117.  *     lockdev attach-buffer unlockdev
  118.  *  handle a stripe (handle_stripe())
  119.  *     lockstripe clrSTRIPE_HANDLE ...
  120.  *        (lockdev check-buffers unlockdev) ..
  121.  *        change-state ..
  122.  *        record io/ops needed unlockstripe schedule io/ops
  123.  *  release an active stripe (release_stripe())
  124.  *     lockdev if (!--cnt) { if  STRIPE_HANDLE, add to handle_list else add to inactive-list } unlockdev
  125.  *
  126.  * The refcount counts each thread that have activated the stripe,
  127.  * plus raid5d if it is handling it, plus one for each active request
  128.  * on a cached buffer, and plus one if the stripe is undergoing stripe
  129.  * operations.
  130.  *
  131.  * Stripe operations are performed outside the stripe lock,
  132.  * the stripe operations are:
  133.  * -copying data between the stripe cache and user application buffers
  134.  * -computing blocks to save a disk access, or to recover a missing block
  135.  * -updating the parity on a write operation (reconstruct write and
  136.  *  read-modify-write)
  137.  * -checking parity correctness
  138.  * -running i/o to disk
  139.  * These operations are carried out by raid5_run_ops which uses the async_tx
  140.  * api to (optionally) offload operations to dedicated hardware engines.
  141.  * When requesting an operation handle_stripe sets the pending bit for the
  142.  * operation and increments the count.  raid5_run_ops is then run whenever
  143.  * the count is non-zero.
  144.  * There are some critical dependencies between the operations that prevent some
  145.  * from being requested while another is in flight.
  146.  * 1/ Parity check operations destroy the in cache version of the parity block,
  147.  *    so we prevent parity dependent operations like writes and compute_blocks
  148.  *    from starting while a check is in progress.  Some dma engines can perform
  149.  *    the check without damaging the parity block, in these cases the parity
  150.  *    block is re-marked up to date (assuming the check was successful) and is
  151.  *    not re-read from disk.
  152.  * 2/ When a write operation is requested we immediately lock the affected
  153.  *    blocks, and mark them as not up to date.  This causes new read requests
  154.  *    to be held off, as well as parity checks and compute block operations.
  155.  * 3/ Once a compute block operation has been requested handle_stripe treats
  156.  *    that block as if it is up to date.  raid5_run_ops guaruntees that any
  157.  *    operation that is dependent on the compute block result is initiated after
  158.  *    the compute block completes.
  159.  */
  160.  
  161. /*
  162.  * Operations state - intermediate states that are visible outside of sh->lock
  163.  * In general _idle indicates nothing is running, _run indicates a data
  164.  * processing operation is active, and _result means the data processing result
  165.  * is stable and can be acted upon.  For simple operations like biofill and
  166.  * compute that only have an _idle and _run state they are indicated with
  167.  * sh->state flags (STRIPE_BIOFILL_RUN and STRIPE_COMPUTE_RUN)
  168.  */
  169. /**
  170.  * enum check_states - handles syncing / repairing a stripe
  171.  * @check_state_idle - check operations are quiesced
  172.  * @check_state_run - check operation is running
  173.  * @check_state_result - set outside lock when check result is valid
  174.  * @check_state_compute_run - check failed and we are repairing
  175.  * @check_state_compute_result - set outside lock when compute result is valid
  176.  */
  177. enum check_states {
  178.     check_state_idle = 0,
  179.     check_state_run, /* parity check */
  180.     check_state_check_result,
  181.     check_state_compute_run, /* parity repair */
  182.     check_state_compute_result,
  183. };
  184.  
  185. /**
  186.  * enum reconstruct_states - handles writing or expanding a stripe
  187.  */
  188. enum reconstruct_states {
  189.     reconstruct_state_idle = 0,
  190.     reconstruct_state_prexor_drain_run,    /* prexor-write */
  191.     reconstruct_state_drain_run,        /* write */
  192.     reconstruct_state_run,            /* expand */
  193.     reconstruct_state_prexor_drain_result,
  194.     reconstruct_state_drain_result,
  195.     reconstruct_state_result,
  196. };
  197.  
  198. struct stripe_head {
  199.     struct hlist_node    hash;
  200.     struct list_head    lru;            /* inactive_list or handle_list */
  201.     struct raid5_private_data    *raid_conf;
  202.     sector_t        sector;            /* sector of this row */
  203.     int            pd_idx;            /* parity disk index */
  204.     unsigned long        state;            /* state flags */
  205.     atomic_t        count;            /* nr of active thread/requests */
  206.     spinlock_t        lock;
  207.     int            bm_seq;    /* sequence number for bitmap flushes */
  208.     int            disks;            /* disks in stripe */
  209.     enum check_states    check_state;
  210.     enum reconstruct_states reconstruct_state;
  211.     /* stripe_operations
  212.      * @target - STRIPE_OP_COMPUTE_BLK target
  213.      */
  214.     struct stripe_operations {
  215.         int           target;
  216.         u32           zero_sum_result;
  217.     } ops;
  218.     struct r5dev {
  219.         struct bio    req;
  220.         struct bio_vec    vec;
  221.         struct page    *page;
  222.         struct bio    *toread, *read, *towrite, *written;
  223.         sector_t    sector;            /* sector of this page */
  224.         unsigned long    flags;
  225.     } dev[1]; /* allocated with extra space depending of RAID geometry */
  226. };
  227.  
  228. /* stripe_head_state - collects and tracks the dynamic state of a stripe_head
  229.  *     for handle_stripe.  It is only valid under spin_lock(sh->lock);
  230.  */
  231. struct stripe_head_state {
  232.     int syncing, expanding, expanded;
  233.     int locked, uptodate, to_read, to_write, failed, written;
  234.     int to_fill, compute, req_compute, non_overwrite;
  235.     int failed_num;
  236.     unsigned long ops_request;
  237. };
  238.  
  239. /* r6_state - extra state data only relevant to r6 */
  240. struct r6_state {
  241.     int p_failed, q_failed, qd_idx, failed_num[2];
  242. };
  243.  
  244. /* Flags */
  245. #define    R5_UPTODATE    0    /* page contains current data */
  246. #define    R5_LOCKED    1    /* IO has been submitted on "req" */
  247. #define    R5_OVERWRITE    2    /* towrite covers whole page */
  248. /* and some that are internal to handle_stripe */
  249. #define    R5_Insync    3    /* rdev && rdev->in_sync at start */
  250. #define    R5_Wantread    4    /* want to schedule a read */
  251. #define    R5_Wantwrite    5
  252. #define    R5_Overlap    7    /* There is a pending overlapping request on this block */
  253. #define    R5_ReadError    8    /* seen a read error here recently */
  254. #define    R5_ReWrite    9    /* have tried to over-write the readerror */
  255.  
  256. #define    R5_Expanded    10    /* This block now has post-expand data */
  257. #define    R5_Wantcompute    11 /* compute_block in progress treat as
  258.                     * uptodate
  259.                     */
  260. #define    R5_Wantfill    12 /* dev->toread contains a bio that needs
  261.                     * filling
  262.                     */
  263. #define R5_Wantdrain    13 /* dev->towrite needs to be drained */
  264. /*
  265.  * Write method
  266.  */
  267. #define RECONSTRUCT_WRITE    1
  268. #define READ_MODIFY_WRITE    2
  269. /* not a write method, but a compute_parity mode */
  270. #define    CHECK_PARITY        3
  271.  
  272. /*
  273.  * Stripe state
  274.  */
  275. #define STRIPE_HANDLE        2
  276. #define    STRIPE_SYNCING        3
  277. #define    STRIPE_INSYNC        4
  278. #define    STRIPE_PREREAD_ACTIVE    5
  279. #define    STRIPE_DELAYED        6
  280. #define    STRIPE_DEGRADED        7
  281. #define    STRIPE_BIT_DELAY    8
  282. #define    STRIPE_EXPANDING    9
  283. #define    STRIPE_EXPAND_SOURCE    10
  284. #define    STRIPE_EXPAND_READY    11
  285. #define    STRIPE_IO_STARTED    12 /* do not count towards 'bypass_count' */
  286. #define    STRIPE_FULL_WRITE    13 /* all blocks are set to be overwritten */
  287. #define    STRIPE_BIOFILL_RUN    14
  288. #define    STRIPE_COMPUTE_RUN    15
  289. /*
  290.  * Operation request flags
  291.  */
  292. #define STRIPE_OP_BIOFILL    0
  293. #define STRIPE_OP_COMPUTE_BLK    1
  294. #define STRIPE_OP_PREXOR    2
  295. #define STRIPE_OP_BIODRAIN    3
  296. #define STRIPE_OP_POSTXOR    4
  297. #define STRIPE_OP_CHECK    5
  298.  
  299. /*
  300.  * Plugging:
  301.  *
  302.  * To improve write throughput, we need to delay the handling of some
  303.  * stripes until there has been a chance that several write requests
  304.  * for the one stripe have all been collected.
  305.  * In particular, any write request that would require pre-reading
  306.  * is put on a "delayed" queue until there are no stripes currently
  307.  * in a pre-read phase.  Further, if the "delayed" queue is empty when
  308.  * a stripe is put on it then we "plug" the queue and do not process it
  309.  * until an unplug call is made. (the unplug_io_fn() is called).
  310.  *
  311.  * When preread is initiated on a stripe, we set PREREAD_ACTIVE and add
  312.  * it to the count of prereading stripes.
  313.  * When write is initiated, or the stripe refcnt == 0 (just in case) we
  314.  * clear the PREREAD_ACTIVE flag and decrement the count
  315.  * Whenever the 'handle' queue is empty and the device is not plugged, we
  316.  * move any strips from delayed to handle and clear the DELAYED flag and set
  317.  * PREREAD_ACTIVE.
  318.  * In stripe_handle, if we find pre-reading is necessary, we do it if
  319.  * PREREAD_ACTIVE is set, else we set DELAYED which will send it to the delayed queue.
  320.  * HANDLE gets cleared if stripe_handle leave nothing locked.
  321.  */
  322.  
  323.  
  324. struct disk_info {
  325.     mdk_rdev_t    *rdev;
  326. };
  327.  
  328. struct raid5_private_data {
  329.     struct hlist_head    *stripe_hashtbl;
  330.     mddev_t            *mddev;
  331.     struct disk_info    *spare;
  332.     int            chunk_size, level, algorithm;
  333.     int            max_degraded;
  334.     int            raid_disks;
  335.     int            max_nr_stripes;
  336.  
  337.     /* used during an expand */
  338.     sector_t        expand_progress;    /* MaxSector when no expand happening */
  339.     sector_t        expand_lo; /* from here up to expand_progress it out-of-bounds
  340.                         * as we haven't flushed the metadata yet
  341.                         */
  342.     int            previous_raid_disks;
  343.  
  344.     struct list_head    handle_list; /* stripes needing handling */
  345.     struct list_head    hold_list; /* preread ready stripes */
  346.     struct list_head    delayed_list; /* stripes that have plugged requests */
  347.     struct list_head    bitmap_list; /* stripes delaying awaiting bitmap update */
  348.     struct bio        *retry_read_aligned; /* currently retrying aligned bios   */
  349.     struct bio        *retry_read_aligned_list; /* aligned bios retry list  */
  350.     atomic_t        preread_active_stripes; /* stripes with scheduled io */
  351.     atomic_t        active_aligned_reads;
  352.     atomic_t        pending_full_writes; /* full write backlog */
  353.     int            bypass_count; /* bypassed prereads */
  354.     int            bypass_threshold; /* preread nice */
  355.     struct list_head    *last_hold; /* detect hold_list promotions */
  356.  
  357.     atomic_t        reshape_stripes; /* stripes with pending writes for reshape */
  358.     /* unfortunately we need two cache names as we temporarily have
  359.      * two caches.
  360.      */
  361.     int            active_name;
  362.     char            cache_name[2][20];
  363.     struct kmem_cache        *slab_cache; /* for allocating stripes */
  364.  
  365.     int            seq_flush, seq_write;
  366.     int            quiesce;
  367.  
  368.     int            fullsync;  /* set to 1 if a full sync is needed,
  369.                         * (fresh device added).
  370.                         * Cleared when a sync completes.
  371.                         */
  372.  
  373.     struct page         *spare_page; /* Used when checking P/Q in raid6 */
  374.  
  375.     /*
  376.      * Free stripes pool
  377.      */
  378.     atomic_t        active_stripes;
  379.     struct list_head    inactive_list;
  380.     wait_queue_head_t    wait_for_stripe;
  381.     wait_queue_head_t    wait_for_overlap;
  382.     int            inactive_blocked;    /* release of inactive stripes blocked,
  383.                              * waiting for 25% to be free
  384.                              */
  385.     int            pool_size; /* number of disks in stripeheads in pool */
  386.     spinlock_t        device_lock;
  387.     struct disk_info    *disks;
  388. };
  389.  
  390. typedef struct raid5_private_data raid5_conf_t;
  391.  
  392. #define mddev_to_conf(mddev) ((raid5_conf_t *) mddev->private)
  393.  
  394. /*
  395.  * Our supported algorithms
  396.  */
  397. #define ALGORITHM_LEFT_ASYMMETRIC    0
  398. #define ALGORITHM_RIGHT_ASYMMETRIC    1
  399. #define ALGORITHM_LEFT_SYMMETRIC    2
  400. #define ALGORITHM_RIGHT_SYMMETRIC    3
  401.  
  402. #endif
  403.