]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/blob - drivers/block/drbd/drbd_bitmap.c
block: prep work for batch completion
[karo-tx-linux.git] / drivers / block / drbd / drbd_bitmap.c
1 /*
2    drbd_bitmap.c
3
4    This file is part of DRBD by Philipp Reisner and Lars Ellenberg.
5
6    Copyright (C) 2004-2008, LINBIT Information Technologies GmbH.
7    Copyright (C) 2004-2008, Philipp Reisner <philipp.reisner@linbit.com>.
8    Copyright (C) 2004-2008, Lars Ellenberg <lars.ellenberg@linbit.com>.
9
10    drbd is free software; you can redistribute it and/or modify
11    it under the terms of the GNU General Public License as published by
12    the Free Software Foundation; either version 2, or (at your option)
13    any later version.
14
15    drbd is distributed in the hope that it will be useful,
16    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
17    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
18    GNU General Public License for more details.
19
20    You should have received a copy of the GNU General Public License
21    along with drbd; see the file COPYING.  If not, write to
22    the Free Software Foundation, 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
23  */
24
25 #include <linux/bitops.h>
26 #include <linux/vmalloc.h>
27 #include <linux/string.h>
28 #include <linux/drbd.h>
29 #include <linux/slab.h>
30 #include <asm/kmap_types.h>
31
32 #include "drbd_int.h"
33
34
35 /* OPAQUE outside this file!
36  * interface defined in drbd_int.h
37
38  * convention:
39  * function name drbd_bm_... => used elsewhere, "public".
40  * function name      bm_... => internal to implementation, "private".
41  */
42
43
44 /*
45  * LIMITATIONS:
46  * We want to support >= peta byte of backend storage, while for now still using
47  * a granularity of one bit per 4KiB of storage.
48  * 1 << 50              bytes backend storage (1 PiB)
49  * 1 << (50 - 12)       bits needed
50  *      38 --> we need u64 to index and count bits
51  * 1 << (38 - 3)        bitmap bytes needed
52  *      35 --> we still need u64 to index and count bytes
53  *                      (that's 32 GiB of bitmap for 1 PiB storage)
54  * 1 << (35 - 2)        32bit longs needed
55  *      33 --> we'd even need u64 to index and count 32bit long words.
56  * 1 << (35 - 3)        64bit longs needed
57  *      32 --> we could get away with a 32bit unsigned int to index and count
58  *      64bit long words, but I rather stay with unsigned long for now.
59  *      We probably should neither count nor point to bytes or long words
60  *      directly, but either by bitnumber, or by page index and offset.
61  * 1 << (35 - 12)
62  *      22 --> we need that much 4KiB pages of bitmap.
63  *      1 << (22 + 3) --> on a 64bit arch,
64  *      we need 32 MiB to store the array of page pointers.
65  *
66  * Because I'm lazy, and because the resulting patch was too large, too ugly
67  * and still incomplete, on 32bit we still "only" support 16 TiB (minus some),
68  * (1 << 32) bits * 4k storage.
69  *
70
71  * bitmap storage and IO:
72  *      Bitmap is stored little endian on disk, and is kept little endian in
73  *      core memory. Currently we still hold the full bitmap in core as long
74  *      as we are "attached" to a local disk, which at 32 GiB for 1PiB storage
75  *      seems excessive.
76  *
77  *      We plan to reduce the amount of in-core bitmap pages by paging them in
78  *      and out against their on-disk location as necessary, but need to make
79  *      sure we don't cause too much meta data IO, and must not deadlock in
80  *      tight memory situations. This needs some more work.
81  */
82
83 /*
84  * NOTE
85  *  Access to the *bm_pages is protected by bm_lock.
86  *  It is safe to read the other members within the lock.
87  *
88  *  drbd_bm_set_bits is called from bio_endio callbacks,
89  *  We may be called with irq already disabled,
90  *  so we need spin_lock_irqsave().
91  *  And we need the kmap_atomic.
92  */
93 struct drbd_bitmap {
94         struct page **bm_pages;
95         spinlock_t bm_lock;
96
97         /* see LIMITATIONS: above */
98
99         unsigned long bm_set;       /* nr of set bits; THINK maybe atomic_t? */
100         unsigned long bm_bits;
101         size_t   bm_words;
102         size_t   bm_number_of_pages;
103         sector_t bm_dev_capacity;
104         struct mutex bm_change; /* serializes resize operations */
105
106         wait_queue_head_t bm_io_wait; /* used to serialize IO of single pages */
107
108         enum bm_flag bm_flags;
109
110         /* debugging aid, in case we are still racy somewhere */
111         char          *bm_why;
112         struct task_struct *bm_task;
113 };
114
115 #define bm_print_lock_info(m) __bm_print_lock_info(m, __func__)
116 static void __bm_print_lock_info(struct drbd_conf *mdev, const char *func)
117 {
118         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
119         if (!__ratelimit(&drbd_ratelimit_state))
120                 return;
121         dev_err(DEV, "FIXME %s in %s, bitmap locked for '%s' by %s\n",
122                 drbd_task_to_thread_name(mdev->tconn, current),
123                 func, b->bm_why ?: "?",
124                 drbd_task_to_thread_name(mdev->tconn, b->bm_task));
125 }
126
127 void drbd_bm_lock(struct drbd_conf *mdev, char *why, enum bm_flag flags)
128 {
129         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
130         int trylock_failed;
131
132         if (!b) {
133                 dev_err(DEV, "FIXME no bitmap in drbd_bm_lock!?\n");
134                 return;
135         }
136
137         trylock_failed = !mutex_trylock(&b->bm_change);
138
139         if (trylock_failed) {
140                 dev_warn(DEV, "%s going to '%s' but bitmap already locked for '%s' by %s\n",
141                          drbd_task_to_thread_name(mdev->tconn, current),
142                          why, b->bm_why ?: "?",
143                          drbd_task_to_thread_name(mdev->tconn, b->bm_task));
144                 mutex_lock(&b->bm_change);
145         }
146         if (BM_LOCKED_MASK & b->bm_flags)
147                 dev_err(DEV, "FIXME bitmap already locked in bm_lock\n");
148         b->bm_flags |= flags & BM_LOCKED_MASK;
149
150         b->bm_why  = why;
151         b->bm_task = current;
152 }
153
154 void drbd_bm_unlock(struct drbd_conf *mdev)
155 {
156         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
157         if (!b) {
158                 dev_err(DEV, "FIXME no bitmap in drbd_bm_unlock!?\n");
159                 return;
160         }
161
162         if (!(BM_LOCKED_MASK & mdev->bitmap->bm_flags))
163                 dev_err(DEV, "FIXME bitmap not locked in bm_unlock\n");
164
165         b->bm_flags &= ~BM_LOCKED_MASK;
166         b->bm_why  = NULL;
167         b->bm_task = NULL;
168         mutex_unlock(&b->bm_change);
169 }
170
171 /* we store some "meta" info about our pages in page->private */
172 /* at a granularity of 4k storage per bitmap bit:
173  * one peta byte storage: 1<<50 byte, 1<<38 * 4k storage blocks
174  *  1<<38 bits,
175  *  1<<23 4k bitmap pages.
176  * Use 24 bits as page index, covers 2 peta byte storage
177  * at a granularity of 4k per bit.
178  * Used to report the failed page idx on io error from the endio handlers.
179  */
180 #define BM_PAGE_IDX_MASK        ((1UL<<24)-1)
181 /* this page is currently read in, or written back */
182 #define BM_PAGE_IO_LOCK         31
183 /* if there has been an IO error for this page */
184 #define BM_PAGE_IO_ERROR        30
185 /* this is to be able to intelligently skip disk IO,
186  * set if bits have been set since last IO. */
187 #define BM_PAGE_NEED_WRITEOUT   29
188 /* to mark for lazy writeout once syncer cleared all clearable bits,
189  * we if bits have been cleared since last IO. */
190 #define BM_PAGE_LAZY_WRITEOUT   28
191 /* pages marked with this "HINT" will be considered for writeout
192  * on activity log transactions */
193 #define BM_PAGE_HINT_WRITEOUT   27
194
195 /* store_page_idx uses non-atomic assignment. It is only used directly after
196  * allocating the page.  All other bm_set_page_* and bm_clear_page_* need to
197  * use atomic bit manipulation, as set_out_of_sync (and therefore bitmap
198  * changes) may happen from various contexts, and wait_on_bit/wake_up_bit
199  * requires it all to be atomic as well. */
200 static void bm_store_page_idx(struct page *page, unsigned long idx)
201 {
202         BUG_ON(0 != (idx & ~BM_PAGE_IDX_MASK));
203         set_page_private(page, idx);
204 }
205
206 static unsigned long bm_page_to_idx(struct page *page)
207 {
208         return page_private(page) & BM_PAGE_IDX_MASK;
209 }
210
211 /* As is very unlikely that the same page is under IO from more than one
212  * context, we can get away with a bit per page and one wait queue per bitmap.
213  */
214 static void bm_page_lock_io(struct drbd_conf *mdev, int page_nr)
215 {
216         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
217         void *addr = &page_private(b->bm_pages[page_nr]);
218         wait_event(b->bm_io_wait, !test_and_set_bit(BM_PAGE_IO_LOCK, addr));
219 }
220
221 static void bm_page_unlock_io(struct drbd_conf *mdev, int page_nr)
222 {
223         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
224         void *addr = &page_private(b->bm_pages[page_nr]);
225         clear_bit_unlock(BM_PAGE_IO_LOCK, addr);
226         wake_up(&mdev->bitmap->bm_io_wait);
227 }
228
229 /* set _before_ submit_io, so it may be reset due to being changed
230  * while this page is in flight... will get submitted later again */
231 static void bm_set_page_unchanged(struct page *page)
232 {
233         /* use cmpxchg? */
234         clear_bit(BM_PAGE_NEED_WRITEOUT, &page_private(page));
235         clear_bit(BM_PAGE_LAZY_WRITEOUT, &page_private(page));
236 }
237
238 static void bm_set_page_need_writeout(struct page *page)
239 {
240         set_bit(BM_PAGE_NEED_WRITEOUT, &page_private(page));
241 }
242
243 /**
244  * drbd_bm_mark_for_writeout() - mark a page with a "hint" to be considered for writeout
245  * @mdev:       DRBD device.
246  * @page_nr:    the bitmap page to mark with the "hint" flag
247  *
248  * From within an activity log transaction, we mark a few pages with these
249  * hints, then call drbd_bm_write_hinted(), which will only write out changed
250  * pages which are flagged with this mark.
251  */
252 void drbd_bm_mark_for_writeout(struct drbd_conf *mdev, int page_nr)
253 {
254         struct page *page;
255         if (page_nr >= mdev->bitmap->bm_number_of_pages) {
256                 dev_warn(DEV, "BAD: page_nr: %u, number_of_pages: %u\n",
257                          page_nr, (int)mdev->bitmap->bm_number_of_pages);
258                 return;
259         }
260         page = mdev->bitmap->bm_pages[page_nr];
261         set_bit(BM_PAGE_HINT_WRITEOUT, &page_private(page));
262 }
263
264 static int bm_test_page_unchanged(struct page *page)
265 {
266         volatile const unsigned long *addr = &page_private(page);
267         return (*addr & ((1UL<<BM_PAGE_NEED_WRITEOUT)|(1UL<<BM_PAGE_LAZY_WRITEOUT))) == 0;
268 }
269
270 static void bm_set_page_io_err(struct page *page)
271 {
272         set_bit(BM_PAGE_IO_ERROR, &page_private(page));
273 }
274
275 static void bm_clear_page_io_err(struct page *page)
276 {
277         clear_bit(BM_PAGE_IO_ERROR, &page_private(page));
278 }
279
280 static void bm_set_page_lazy_writeout(struct page *page)
281 {
282         set_bit(BM_PAGE_LAZY_WRITEOUT, &page_private(page));
283 }
284
285 static int bm_test_page_lazy_writeout(struct page *page)
286 {
287         return test_bit(BM_PAGE_LAZY_WRITEOUT, &page_private(page));
288 }
289
290 /* on a 32bit box, this would allow for exactly (2<<38) bits. */
291 static unsigned int bm_word_to_page_idx(struct drbd_bitmap *b, unsigned long long_nr)
292 {
293         /* page_nr = (word*sizeof(long)) >> PAGE_SHIFT; */
294         unsigned int page_nr = long_nr >> (PAGE_SHIFT - LN2_BPL + 3);
295         BUG_ON(page_nr >= b->bm_number_of_pages);
296         return page_nr;
297 }
298
299 static unsigned int bm_bit_to_page_idx(struct drbd_bitmap *b, u64 bitnr)
300 {
301         /* page_nr = (bitnr/8) >> PAGE_SHIFT; */
302         unsigned int page_nr = bitnr >> (PAGE_SHIFT + 3);
303         BUG_ON(page_nr >= b->bm_number_of_pages);
304         return page_nr;
305 }
306
307 static unsigned long *__bm_map_pidx(struct drbd_bitmap *b, unsigned int idx)
308 {
309         struct page *page = b->bm_pages[idx];
310         return (unsigned long *) kmap_atomic(page);
311 }
312
313 static unsigned long *bm_map_pidx(struct drbd_bitmap *b, unsigned int idx)
314 {
315         return __bm_map_pidx(b, idx);
316 }
317
318 static void __bm_unmap(unsigned long *p_addr)
319 {
320         kunmap_atomic(p_addr);
321 };
322
323 static void bm_unmap(unsigned long *p_addr)
324 {
325         return __bm_unmap(p_addr);
326 }
327
328 /* long word offset of _bitmap_ sector */
329 #define S2W(s)  ((s)<<(BM_EXT_SHIFT-BM_BLOCK_SHIFT-LN2_BPL))
330 /* word offset from start of bitmap to word number _in_page_
331  * modulo longs per page
332 #define MLPP(X) ((X) % (PAGE_SIZE/sizeof(long))
333  hm, well, Philipp thinks gcc might not optimize the % into & (... - 1)
334  so do it explicitly:
335  */
336 #define MLPP(X) ((X) & ((PAGE_SIZE/sizeof(long))-1))
337
338 /* Long words per page */
339 #define LWPP (PAGE_SIZE/sizeof(long))
340
341 /*
342  * actually most functions herein should take a struct drbd_bitmap*, not a
343  * struct drbd_conf*, but for the debug macros I like to have the mdev around
344  * to be able to report device specific.
345  */
346
347
348 static void bm_free_pages(struct page **pages, unsigned long number)
349 {
350         unsigned long i;
351         if (!pages)
352                 return;
353
354         for (i = 0; i < number; i++) {
355                 if (!pages[i]) {
356                         printk(KERN_ALERT "drbd: bm_free_pages tried to free "
357                                           "a NULL pointer; i=%lu n=%lu\n",
358                                           i, number);
359                         continue;
360                 }
361                 __free_page(pages[i]);
362                 pages[i] = NULL;
363         }
364 }
365
366 static void bm_vk_free(void *ptr, int v)
367 {
368         if (v)
369                 vfree(ptr);
370         else
371                 kfree(ptr);
372 }
373
374 /*
375  * "have" and "want" are NUMBER OF PAGES.
376  */
377 static struct page **bm_realloc_pages(struct drbd_bitmap *b, unsigned long want)
378 {
379         struct page **old_pages = b->bm_pages;
380         struct page **new_pages, *page;
381         unsigned int i, bytes, vmalloced = 0;
382         unsigned long have = b->bm_number_of_pages;
383
384         BUG_ON(have == 0 && old_pages != NULL);
385         BUG_ON(have != 0 && old_pages == NULL);
386
387         if (have == want)
388                 return old_pages;
389
390         /* Trying kmalloc first, falling back to vmalloc.
391          * GFP_NOIO, as this is called while drbd IO is "suspended",
392          * and during resize or attach on diskless Primary,
393          * we must not block on IO to ourselves.
394          * Context is receiver thread or dmsetup. */
395         bytes = sizeof(struct page *)*want;
396         new_pages = kzalloc(bytes, GFP_NOIO);
397         if (!new_pages) {
398                 new_pages = __vmalloc(bytes,
399                                 GFP_NOIO | __GFP_HIGHMEM | __GFP_ZERO,
400                                 PAGE_KERNEL);
401                 if (!new_pages)
402                         return NULL;
403                 vmalloced = 1;
404         }
405
406         if (want >= have) {
407                 for (i = 0; i < have; i++)
408                         new_pages[i] = old_pages[i];
409                 for (; i < want; i++) {
410                         page = alloc_page(GFP_NOIO | __GFP_HIGHMEM);
411                         if (!page) {
412                                 bm_free_pages(new_pages + have, i - have);
413                                 bm_vk_free(new_pages, vmalloced);
414                                 return NULL;
415                         }
416                         /* we want to know which page it is
417                          * from the endio handlers */
418                         bm_store_page_idx(page, i);
419                         new_pages[i] = page;
420                 }
421         } else {
422                 for (i = 0; i < want; i++)
423                         new_pages[i] = old_pages[i];
424                 /* NOT HERE, we are outside the spinlock!
425                 bm_free_pages(old_pages + want, have - want);
426                 */
427         }
428
429         if (vmalloced)
430                 b->bm_flags |= BM_P_VMALLOCED;
431         else
432                 b->bm_flags &= ~BM_P_VMALLOCED;
433
434         return new_pages;
435 }
436
437 /*
438  * called on driver init only. TODO call when a device is created.
439  * allocates the drbd_bitmap, and stores it in mdev->bitmap.
440  */
441 int drbd_bm_init(struct drbd_conf *mdev)
442 {
443         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
444         WARN_ON(b != NULL);
445         b = kzalloc(sizeof(struct drbd_bitmap), GFP_KERNEL);
446         if (!b)
447                 return -ENOMEM;
448         spin_lock_init(&b->bm_lock);
449         mutex_init(&b->bm_change);
450         init_waitqueue_head(&b->bm_io_wait);
451
452         mdev->bitmap = b;
453
454         return 0;
455 }
456
457 sector_t drbd_bm_capacity(struct drbd_conf *mdev)
458 {
459         if (!expect(mdev->bitmap))
460                 return 0;
461         return mdev->bitmap->bm_dev_capacity;
462 }
463
464 /* called on driver unload. TODO: call when a device is destroyed.
465  */
466 void drbd_bm_cleanup(struct drbd_conf *mdev)
467 {
468         if (!expect(mdev->bitmap))
469                 return;
470         bm_free_pages(mdev->bitmap->bm_pages, mdev->bitmap->bm_number_of_pages);
471         bm_vk_free(mdev->bitmap->bm_pages, (BM_P_VMALLOCED & mdev->bitmap->bm_flags));
472         kfree(mdev->bitmap);
473         mdev->bitmap = NULL;
474 }
475
476 /*
477  * since (b->bm_bits % BITS_PER_LONG) != 0,
478  * this masks out the remaining bits.
479  * Returns the number of bits cleared.
480  */
481 #define BITS_PER_PAGE           (1UL << (PAGE_SHIFT + 3))
482 #define BITS_PER_PAGE_MASK      (BITS_PER_PAGE - 1)
483 #define BITS_PER_LONG_MASK      (BITS_PER_LONG - 1)
484 static int bm_clear_surplus(struct drbd_bitmap *b)
485 {
486         unsigned long mask;
487         unsigned long *p_addr, *bm;
488         int tmp;
489         int cleared = 0;
490
491         /* number of bits modulo bits per page */
492         tmp = (b->bm_bits & BITS_PER_PAGE_MASK);
493         /* mask the used bits of the word containing the last bit */
494         mask = (1UL << (tmp & BITS_PER_LONG_MASK)) -1;
495         /* bitmap is always stored little endian,
496          * on disk and in core memory alike */
497         mask = cpu_to_lel(mask);
498
499         p_addr = bm_map_pidx(b, b->bm_number_of_pages - 1);
500         bm = p_addr + (tmp/BITS_PER_LONG);
501         if (mask) {
502                 /* If mask != 0, we are not exactly aligned, so bm now points
503                  * to the long containing the last bit.
504                  * If mask == 0, bm already points to the word immediately
505                  * after the last (long word aligned) bit. */
506                 cleared = hweight_long(*bm & ~mask);
507                 *bm &= mask;
508                 bm++;
509         }
510
511         if (BITS_PER_LONG == 32 && ((bm - p_addr) & 1) == 1) {
512                 /* on a 32bit arch, we may need to zero out
513                  * a padding long to align with a 64bit remote */
514                 cleared += hweight_long(*bm);
515                 *bm = 0;
516         }
517         bm_unmap(p_addr);
518         return cleared;
519 }
520
521 static void bm_set_surplus(struct drbd_bitmap *b)
522 {
523         unsigned long mask;
524         unsigned long *p_addr, *bm;
525         int tmp;
526
527         /* number of bits modulo bits per page */
528         tmp = (b->bm_bits & BITS_PER_PAGE_MASK);
529         /* mask the used bits of the word containing the last bit */
530         mask = (1UL << (tmp & BITS_PER_LONG_MASK)) -1;
531         /* bitmap is always stored little endian,
532          * on disk and in core memory alike */
533         mask = cpu_to_lel(mask);
534
535         p_addr = bm_map_pidx(b, b->bm_number_of_pages - 1);
536         bm = p_addr + (tmp/BITS_PER_LONG);
537         if (mask) {
538                 /* If mask != 0, we are not exactly aligned, so bm now points
539                  * to the long containing the last bit.
540                  * If mask == 0, bm already points to the word immediately
541                  * after the last (long word aligned) bit. */
542                 *bm |= ~mask;
543                 bm++;
544         }
545
546         if (BITS_PER_LONG == 32 && ((bm - p_addr) & 1) == 1) {
547                 /* on a 32bit arch, we may need to zero out
548                  * a padding long to align with a 64bit remote */
549                 *bm = ~0UL;
550         }
551         bm_unmap(p_addr);
552 }
553
554 /* you better not modify the bitmap while this is running,
555  * or its results will be stale */
556 static unsigned long bm_count_bits(struct drbd_bitmap *b)
557 {
558         unsigned long *p_addr;
559         unsigned long bits = 0;
560         unsigned long mask = (1UL << (b->bm_bits & BITS_PER_LONG_MASK)) -1;
561         int idx, i, last_word;
562
563         /* all but last page */
564         for (idx = 0; idx < b->bm_number_of_pages - 1; idx++) {
565                 p_addr = __bm_map_pidx(b, idx);
566                 for (i = 0; i < LWPP; i++)
567                         bits += hweight_long(p_addr[i]);
568                 __bm_unmap(p_addr);
569                 cond_resched();
570         }
571         /* last (or only) page */
572         last_word = ((b->bm_bits - 1) & BITS_PER_PAGE_MASK) >> LN2_BPL;
573         p_addr = __bm_map_pidx(b, idx);
574         for (i = 0; i < last_word; i++)
575                 bits += hweight_long(p_addr[i]);
576         p_addr[last_word] &= cpu_to_lel(mask);
577         bits += hweight_long(p_addr[last_word]);
578         /* 32bit arch, may have an unused padding long */
579         if (BITS_PER_LONG == 32 && (last_word & 1) == 0)
580                 p_addr[last_word+1] = 0;
581         __bm_unmap(p_addr);
582         return bits;
583 }
584
585 /* offset and len in long words.*/
586 static void bm_memset(struct drbd_bitmap *b, size_t offset, int c, size_t len)
587 {
588         unsigned long *p_addr, *bm;
589         unsigned int idx;
590         size_t do_now, end;
591
592         end = offset + len;
593
594         if (end > b->bm_words) {
595                 printk(KERN_ALERT "drbd: bm_memset end > bm_words\n");
596                 return;
597         }
598
599         while (offset < end) {
600                 do_now = min_t(size_t, ALIGN(offset + 1, LWPP), end) - offset;
601                 idx = bm_word_to_page_idx(b, offset);
602                 p_addr = bm_map_pidx(b, idx);
603                 bm = p_addr + MLPP(offset);
604                 if (bm+do_now > p_addr + LWPP) {
605                         printk(KERN_ALERT "drbd: BUG BUG BUG! p_addr:%p bm:%p do_now:%d\n",
606                                p_addr, bm, (int)do_now);
607                 } else
608                         memset(bm, c, do_now * sizeof(long));
609                 bm_unmap(p_addr);
610                 bm_set_page_need_writeout(b->bm_pages[idx]);
611                 offset += do_now;
612         }
613 }
614
615 /* For the layout, see comment above drbd_md_set_sector_offsets(). */
616 static u64 drbd_md_on_disk_bits(struct drbd_backing_dev *ldev)
617 {
618         u64 bitmap_sectors;
619         if (ldev->md.al_offset == 8)
620                 bitmap_sectors = ldev->md.md_size_sect - ldev->md.bm_offset;
621         else
622                 bitmap_sectors = ldev->md.al_offset - ldev->md.bm_offset;
623         return bitmap_sectors << (9 + 3);
624 }
625
626 /*
627  * make sure the bitmap has enough room for the attached storage,
628  * if necessary, resize.
629  * called whenever we may have changed the device size.
630  * returns -ENOMEM if we could not allocate enough memory, 0 on success.
631  * In case this is actually a resize, we copy the old bitmap into the new one.
632  * Otherwise, the bitmap is initialized to all bits set.
633  */
634 int drbd_bm_resize(struct drbd_conf *mdev, sector_t capacity, int set_new_bits)
635 {
636         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
637         unsigned long bits, words, owords, obits;
638         unsigned long want, have, onpages; /* number of pages */
639         struct page **npages, **opages = NULL;
640         int err = 0, growing;
641         int opages_vmalloced;
642
643         if (!expect(b))
644                 return -ENOMEM;
645
646         drbd_bm_lock(mdev, "resize", BM_LOCKED_MASK);
647
648         dev_info(DEV, "drbd_bm_resize called with capacity == %llu\n",
649                         (unsigned long long)capacity);
650
651         if (capacity == b->bm_dev_capacity)
652                 goto out;
653
654         opages_vmalloced = (BM_P_VMALLOCED & b->bm_flags);
655
656         if (capacity == 0) {
657                 spin_lock_irq(&b->bm_lock);
658                 opages = b->bm_pages;
659                 onpages = b->bm_number_of_pages;
660                 owords = b->bm_words;
661                 b->bm_pages = NULL;
662                 b->bm_number_of_pages =
663                 b->bm_set   =
664                 b->bm_bits  =
665                 b->bm_words =
666                 b->bm_dev_capacity = 0;
667                 spin_unlock_irq(&b->bm_lock);
668                 bm_free_pages(opages, onpages);
669                 bm_vk_free(opages, opages_vmalloced);
670                 goto out;
671         }
672         bits  = BM_SECT_TO_BIT(ALIGN(capacity, BM_SECT_PER_BIT));
673
674         /* if we would use
675            words = ALIGN(bits,BITS_PER_LONG) >> LN2_BPL;
676            a 32bit host could present the wrong number of words
677            to a 64bit host.
678         */
679         words = ALIGN(bits, 64) >> LN2_BPL;
680
681         if (get_ldev(mdev)) {
682                 u64 bits_on_disk = drbd_md_on_disk_bits(mdev->ldev);
683                 put_ldev(mdev);
684                 if (bits > bits_on_disk) {
685                         dev_info(DEV, "bits = %lu\n", bits);
686                         dev_info(DEV, "bits_on_disk = %llu\n", bits_on_disk);
687                         err = -ENOSPC;
688                         goto out;
689                 }
690         }
691
692         want = ALIGN(words*sizeof(long), PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
693         have = b->bm_number_of_pages;
694         if (want == have) {
695                 D_ASSERT(b->bm_pages != NULL);
696                 npages = b->bm_pages;
697         } else {
698                 if (drbd_insert_fault(mdev, DRBD_FAULT_BM_ALLOC))
699                         npages = NULL;
700                 else
701                         npages = bm_realloc_pages(b, want);
702         }
703
704         if (!npages) {
705                 err = -ENOMEM;
706                 goto out;
707         }
708
709         spin_lock_irq(&b->bm_lock);
710         opages = b->bm_pages;
711         owords = b->bm_words;
712         obits  = b->bm_bits;
713
714         growing = bits > obits;
715         if (opages && growing && set_new_bits)
716                 bm_set_surplus(b);
717
718         b->bm_pages = npages;
719         b->bm_number_of_pages = want;
720         b->bm_bits  = bits;
721         b->bm_words = words;
722         b->bm_dev_capacity = capacity;
723
724         if (growing) {
725                 if (set_new_bits) {
726                         bm_memset(b, owords, 0xff, words-owords);
727                         b->bm_set += bits - obits;
728                 } else
729                         bm_memset(b, owords, 0x00, words-owords);
730
731         }
732
733         if (want < have) {
734                 /* implicit: (opages != NULL) && (opages != npages) */
735                 bm_free_pages(opages + want, have - want);
736         }
737
738         (void)bm_clear_surplus(b);
739
740         spin_unlock_irq(&b->bm_lock);
741         if (opages != npages)
742                 bm_vk_free(opages, opages_vmalloced);
743         if (!growing)
744                 b->bm_set = bm_count_bits(b);
745         dev_info(DEV, "resync bitmap: bits=%lu words=%lu pages=%lu\n", bits, words, want);
746
747  out:
748         drbd_bm_unlock(mdev);
749         return err;
750 }
751
752 /* inherently racy:
753  * if not protected by other means, return value may be out of date when
754  * leaving this function...
755  * we still need to lock it, since it is important that this returns
756  * bm_set == 0 precisely.
757  *
758  * maybe bm_set should be atomic_t ?
759  */
760 unsigned long _drbd_bm_total_weight(struct drbd_conf *mdev)
761 {
762         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
763         unsigned long s;
764         unsigned long flags;
765
766         if (!expect(b))
767                 return 0;
768         if (!expect(b->bm_pages))
769                 return 0;
770
771         spin_lock_irqsave(&b->bm_lock, flags);
772         s = b->bm_set;
773         spin_unlock_irqrestore(&b->bm_lock, flags);
774
775         return s;
776 }
777
778 unsigned long drbd_bm_total_weight(struct drbd_conf *mdev)
779 {
780         unsigned long s;
781         /* if I don't have a disk, I don't know about out-of-sync status */
782         if (!get_ldev_if_state(mdev, D_NEGOTIATING))
783                 return 0;
784         s = _drbd_bm_total_weight(mdev);
785         put_ldev(mdev);
786         return s;
787 }
788
789 size_t drbd_bm_words(struct drbd_conf *mdev)
790 {
791         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
792         if (!expect(b))
793                 return 0;
794         if (!expect(b->bm_pages))
795                 return 0;
796
797         return b->bm_words;
798 }
799
800 unsigned long drbd_bm_bits(struct drbd_conf *mdev)
801 {
802         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
803         if (!expect(b))
804                 return 0;
805
806         return b->bm_bits;
807 }
808
809 /* merge number words from buffer into the bitmap starting at offset.
810  * buffer[i] is expected to be little endian unsigned long.
811  * bitmap must be locked by drbd_bm_lock.
812  * currently only used from receive_bitmap.
813  */
814 void drbd_bm_merge_lel(struct drbd_conf *mdev, size_t offset, size_t number,
815                         unsigned long *buffer)
816 {
817         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
818         unsigned long *p_addr, *bm;
819         unsigned long word, bits;
820         unsigned int idx;
821         size_t end, do_now;
822
823         end = offset + number;
824
825         if (!expect(b))
826                 return;
827         if (!expect(b->bm_pages))
828                 return;
829         if (number == 0)
830                 return;
831         WARN_ON(offset >= b->bm_words);
832         WARN_ON(end    >  b->bm_words);
833
834         spin_lock_irq(&b->bm_lock);
835         while (offset < end) {
836                 do_now = min_t(size_t, ALIGN(offset+1, LWPP), end) - offset;
837                 idx = bm_word_to_page_idx(b, offset);
838                 p_addr = bm_map_pidx(b, idx);
839                 bm = p_addr + MLPP(offset);
840                 offset += do_now;
841                 while (do_now--) {
842                         bits = hweight_long(*bm);
843                         word = *bm | *buffer++;
844                         *bm++ = word;
845                         b->bm_set += hweight_long(word) - bits;
846                 }
847                 bm_unmap(p_addr);
848                 bm_set_page_need_writeout(b->bm_pages[idx]);
849         }
850         /* with 32bit <-> 64bit cross-platform connect
851          * this is only correct for current usage,
852          * where we _know_ that we are 64 bit aligned,
853          * and know that this function is used in this way, too...
854          */
855         if (end == b->bm_words)
856                 b->bm_set -= bm_clear_surplus(b);
857         spin_unlock_irq(&b->bm_lock);
858 }
859
860 /* copy number words from the bitmap starting at offset into the buffer.
861  * buffer[i] will be little endian unsigned long.
862  */
863 void drbd_bm_get_lel(struct drbd_conf *mdev, size_t offset, size_t number,
864                      unsigned long *buffer)
865 {
866         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
867         unsigned long *p_addr, *bm;
868         size_t end, do_now;
869
870         end = offset + number;
871
872         if (!expect(b))
873                 return;
874         if (!expect(b->bm_pages))
875                 return;
876
877         spin_lock_irq(&b->bm_lock);
878         if ((offset >= b->bm_words) ||
879             (end    >  b->bm_words) ||
880             (number <= 0))
881                 dev_err(DEV, "offset=%lu number=%lu bm_words=%lu\n",
882                         (unsigned long) offset,
883                         (unsigned long) number,
884                         (unsigned long) b->bm_words);
885         else {
886                 while (offset < end) {
887                         do_now = min_t(size_t, ALIGN(offset+1, LWPP), end) - offset;
888                         p_addr = bm_map_pidx(b, bm_word_to_page_idx(b, offset));
889                         bm = p_addr + MLPP(offset);
890                         offset += do_now;
891                         while (do_now--)
892                                 *buffer++ = *bm++;
893                         bm_unmap(p_addr);
894                 }
895         }
896         spin_unlock_irq(&b->bm_lock);
897 }
898
899 /* set all bits in the bitmap */
900 void drbd_bm_set_all(struct drbd_conf *mdev)
901 {
902         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
903         if (!expect(b))
904                 return;
905         if (!expect(b->bm_pages))
906                 return;
907
908         spin_lock_irq(&b->bm_lock);
909         bm_memset(b, 0, 0xff, b->bm_words);
910         (void)bm_clear_surplus(b);
911         b->bm_set = b->bm_bits;
912         spin_unlock_irq(&b->bm_lock);
913 }
914
915 /* clear all bits in the bitmap */
916 void drbd_bm_clear_all(struct drbd_conf *mdev)
917 {
918         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
919         if (!expect(b))
920                 return;
921         if (!expect(b->bm_pages))
922                 return;
923
924         spin_lock_irq(&b->bm_lock);
925         bm_memset(b, 0, 0, b->bm_words);
926         b->bm_set = 0;
927         spin_unlock_irq(&b->bm_lock);
928 }
929
930 struct bm_aio_ctx {
931         struct drbd_conf *mdev;
932         atomic_t in_flight;
933         unsigned int done;
934         unsigned flags;
935 #define BM_AIO_COPY_PAGES       1
936 #define BM_AIO_WRITE_HINTED     2
937 #define BM_WRITE_ALL_PAGES      4
938         int error;
939         struct kref kref;
940 };
941
942 static void bm_aio_ctx_destroy(struct kref *kref)
943 {
944         struct bm_aio_ctx *ctx = container_of(kref, struct bm_aio_ctx, kref);
945
946         put_ldev(ctx->mdev);
947         kfree(ctx);
948 }
949
950 /* bv_page may be a copy, or may be the original */
951 static void bm_async_io_complete(struct bio *bio, int error, struct batch_complete *batch)
952 {
953         struct bm_aio_ctx *ctx = bio->bi_private;
954         struct drbd_conf *mdev = ctx->mdev;
955         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
956         unsigned int idx = bm_page_to_idx(bio->bi_io_vec[0].bv_page);
957         int uptodate = bio_flagged(bio, BIO_UPTODATE);
958
959
960         /* strange behavior of some lower level drivers...
961          * fail the request by clearing the uptodate flag,
962          * but do not return any error?!
963          * do we want to WARN() on this? */
964         if (!error && !uptodate)
965                 error = -EIO;
966
967         if ((ctx->flags & BM_AIO_COPY_PAGES) == 0 &&
968             !bm_test_page_unchanged(b->bm_pages[idx]))
969                 dev_warn(DEV, "bitmap page idx %u changed during IO!\n", idx);
970
971         if (error) {
972                 /* ctx error will hold the completed-last non-zero error code,
973                  * in case error codes differ. */
974                 ctx->error = error;
975                 bm_set_page_io_err(b->bm_pages[idx]);
976                 /* Not identical to on disk version of it.
977                  * Is BM_PAGE_IO_ERROR enough? */
978                 if (__ratelimit(&drbd_ratelimit_state))
979                         dev_err(DEV, "IO ERROR %d on bitmap page idx %u\n",
980                                         error, idx);
981         } else {
982                 bm_clear_page_io_err(b->bm_pages[idx]);
983                 dynamic_dev_dbg(DEV, "bitmap page idx %u completed\n", idx);
984         }
985
986         bm_page_unlock_io(mdev, idx);
987
988         if (ctx->flags & BM_AIO_COPY_PAGES)
989                 mempool_free(bio->bi_io_vec[0].bv_page, drbd_md_io_page_pool);
990
991         bio_put(bio);
992
993         if (atomic_dec_and_test(&ctx->in_flight)) {
994                 ctx->done = 1;
995                 wake_up(&mdev->misc_wait);
996                 kref_put(&ctx->kref, &bm_aio_ctx_destroy);
997         }
998 }
999
1000 static void bm_page_io_async(struct bm_aio_ctx *ctx, int page_nr, int rw) __must_hold(local)
1001 {
1002         struct bio *bio = bio_alloc_drbd(GFP_NOIO);
1003         struct drbd_conf *mdev = ctx->mdev;
1004         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
1005         struct page *page;
1006         unsigned int len;
1007
1008         sector_t on_disk_sector =
1009                 mdev->ldev->md.md_offset + mdev->ldev->md.bm_offset;
1010         on_disk_sector += ((sector_t)page_nr) << (PAGE_SHIFT-9);
1011
1012         /* this might happen with very small
1013          * flexible external meta data device,
1014          * or with PAGE_SIZE > 4k */
1015         len = min_t(unsigned int, PAGE_SIZE,
1016                 (drbd_md_last_sector(mdev->ldev) - on_disk_sector + 1)<<9);
1017
1018         /* serialize IO on this page */
1019         bm_page_lock_io(mdev, page_nr);
1020         /* before memcpy and submit,
1021          * so it can be redirtied any time */
1022         bm_set_page_unchanged(b->bm_pages[page_nr]);
1023
1024         if (ctx->flags & BM_AIO_COPY_PAGES) {
1025                 page = mempool_alloc(drbd_md_io_page_pool, __GFP_HIGHMEM|__GFP_WAIT);
1026                 copy_highpage(page, b->bm_pages[page_nr]);
1027                 bm_store_page_idx(page, page_nr);
1028         } else
1029                 page = b->bm_pages[page_nr];
1030         bio->bi_bdev = mdev->ldev->md_bdev;
1031         bio->bi_sector = on_disk_sector;
1032         /* bio_add_page of a single page to an empty bio will always succeed,
1033          * according to api.  Do we want to assert that? */
1034         bio_add_page(bio, page, len, 0);
1035         bio->bi_private = ctx;
1036         bio->bi_end_io = bm_async_io_complete;
1037
1038         if (drbd_insert_fault(mdev, (rw & WRITE) ? DRBD_FAULT_MD_WR : DRBD_FAULT_MD_RD)) {
1039                 bio->bi_rw |= rw;
1040                 bio_endio(bio, -EIO);
1041         } else {
1042                 submit_bio(rw, bio);
1043                 /* this should not count as user activity and cause the
1044                  * resync to throttle -- see drbd_rs_should_slow_down(). */
1045                 atomic_add(len >> 9, &mdev->rs_sect_ev);
1046         }
1047 }
1048
1049 /*
1050  * bm_rw: read/write the whole bitmap from/to its on disk location.
1051  */
1052 static int bm_rw(struct drbd_conf *mdev, int rw, unsigned flags, unsigned lazy_writeout_upper_idx) __must_hold(local)
1053 {
1054         struct bm_aio_ctx *ctx;
1055         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
1056         int num_pages, i, count = 0;
1057         unsigned long now;
1058         char ppb[10];
1059         int err = 0;
1060
1061         /*
1062          * We are protected against bitmap disappearing/resizing by holding an
1063          * ldev reference (caller must have called get_ldev()).
1064          * For read/write, we are protected against changes to the bitmap by
1065          * the bitmap lock (see drbd_bitmap_io).
1066          * For lazy writeout, we don't care for ongoing changes to the bitmap,
1067          * as we submit copies of pages anyways.
1068          */
1069
1070         ctx = kmalloc(sizeof(struct bm_aio_ctx), GFP_NOIO);
1071         if (!ctx)
1072                 return -ENOMEM;
1073
1074         *ctx = (struct bm_aio_ctx) {
1075                 .mdev = mdev,
1076                 .in_flight = ATOMIC_INIT(1),
1077                 .done = 0,
1078                 .flags = flags,
1079                 .error = 0,
1080                 .kref = { ATOMIC_INIT(2) },
1081         };
1082
1083         if (!get_ldev_if_state(mdev, D_ATTACHING)) {  /* put is in bm_aio_ctx_destroy() */
1084                 dev_err(DEV, "ASSERT FAILED: get_ldev_if_state() == 1 in bm_rw()\n");
1085                 kfree(ctx);
1086                 return -ENODEV;
1087         }
1088
1089         if (!ctx->flags)
1090                 WARN_ON(!(BM_LOCKED_MASK & b->bm_flags));
1091
1092         num_pages = b->bm_number_of_pages;
1093
1094         now = jiffies;
1095
1096         /* let the layers below us try to merge these bios... */
1097         for (i = 0; i < num_pages; i++) {
1098                 /* ignore completely unchanged pages */
1099                 if (lazy_writeout_upper_idx && i == lazy_writeout_upper_idx)
1100                         break;
1101                 if (rw & WRITE) {
1102                         if ((flags & BM_AIO_WRITE_HINTED) &&
1103                             !test_and_clear_bit(BM_PAGE_HINT_WRITEOUT,
1104                                     &page_private(b->bm_pages[i])))
1105                                 continue;
1106
1107                         if (!(flags & BM_WRITE_ALL_PAGES) &&
1108                             bm_test_page_unchanged(b->bm_pages[i])) {
1109                                 dynamic_dev_dbg(DEV, "skipped bm write for idx %u\n", i);
1110                                 continue;
1111                         }
1112                         /* during lazy writeout,
1113                          * ignore those pages not marked for lazy writeout. */
1114                         if (lazy_writeout_upper_idx &&
1115                             !bm_test_page_lazy_writeout(b->bm_pages[i])) {
1116                                 dynamic_dev_dbg(DEV, "skipped bm lazy write for idx %u\n", i);
1117                                 continue;
1118                         }
1119                 }
1120                 atomic_inc(&ctx->in_flight);
1121                 bm_page_io_async(ctx, i, rw);
1122                 ++count;
1123                 cond_resched();
1124         }
1125
1126         /*
1127          * We initialize ctx->in_flight to one to make sure bm_async_io_complete
1128          * will not set ctx->done early, and decrement / test it here.  If there
1129          * are still some bios in flight, we need to wait for them here.
1130          * If all IO is done already (or nothing had been submitted), there is
1131          * no need to wait.  Still, we need to put the kref associated with the
1132          * "in_flight reached zero, all done" event.
1133          */
1134         if (!atomic_dec_and_test(&ctx->in_flight))
1135                 wait_until_done_or_force_detached(mdev, mdev->ldev, &ctx->done);
1136         else
1137                 kref_put(&ctx->kref, &bm_aio_ctx_destroy);
1138
1139         /* summary for global bitmap IO */
1140         if (flags == 0)
1141                 dev_info(DEV, "bitmap %s of %u pages took %lu jiffies\n",
1142                          rw == WRITE ? "WRITE" : "READ",
1143                          count, jiffies - now);
1144
1145         if (ctx->error) {
1146                 dev_alert(DEV, "we had at least one MD IO ERROR during bitmap IO\n");
1147                 drbd_chk_io_error(mdev, 1, DRBD_META_IO_ERROR);
1148                 err = -EIO; /* ctx->error ? */
1149         }
1150
1151         if (atomic_read(&ctx->in_flight))
1152                 err = -EIO; /* Disk timeout/force-detach during IO... */
1153
1154         now = jiffies;
1155         if (rw == WRITE) {
1156                 drbd_md_flush(mdev);
1157         } else /* rw == READ */ {
1158                 b->bm_set = bm_count_bits(b);
1159                 dev_info(DEV, "recounting of set bits took additional %lu jiffies\n",
1160                      jiffies - now);
1161         }
1162         now = b->bm_set;
1163
1164         if (flags == 0)
1165                 dev_info(DEV, "%s (%lu bits) marked out-of-sync by on disk bit-map.\n",
1166                      ppsize(ppb, now << (BM_BLOCK_SHIFT-10)), now);
1167
1168         kref_put(&ctx->kref, &bm_aio_ctx_destroy);
1169         return err;
1170 }
1171
1172 /**
1173  * drbd_bm_read() - Read the whole bitmap from its on disk location.
1174  * @mdev:       DRBD device.
1175  */
1176 int drbd_bm_read(struct drbd_conf *mdev) __must_hold(local)
1177 {
1178         return bm_rw(mdev, READ, 0, 0);
1179 }
1180
1181 /**
1182  * drbd_bm_write() - Write the whole bitmap to its on disk location.
1183  * @mdev:       DRBD device.
1184  *
1185  * Will only write pages that have changed since last IO.
1186  */
1187 int drbd_bm_write(struct drbd_conf *mdev) __must_hold(local)
1188 {
1189         return bm_rw(mdev, WRITE, 0, 0);
1190 }
1191
1192 /**
1193  * drbd_bm_write_all() - Write the whole bitmap to its on disk location.
1194  * @mdev:       DRBD device.
1195  *
1196  * Will write all pages.
1197  */
1198 int drbd_bm_write_all(struct drbd_conf *mdev) __must_hold(local)
1199 {
1200         return bm_rw(mdev, WRITE, BM_WRITE_ALL_PAGES, 0);
1201 }
1202
1203 /**
1204  * drbd_bm_lazy_write_out() - Write bitmap pages 0 to @upper_idx-1, if they have changed.
1205  * @mdev:       DRBD device.
1206  * @upper_idx:  0: write all changed pages; +ve: page index to stop scanning for changed pages
1207  */
1208 int drbd_bm_write_lazy(struct drbd_conf *mdev, unsigned upper_idx) __must_hold(local)
1209 {
1210         return bm_rw(mdev, WRITE, BM_AIO_COPY_PAGES, upper_idx);
1211 }
1212
1213 /**
1214  * drbd_bm_write_copy_pages() - Write the whole bitmap to its on disk location.
1215  * @mdev:       DRBD device.
1216  *
1217  * Will only write pages that have changed since last IO.
1218  * In contrast to drbd_bm_write(), this will copy the bitmap pages
1219  * to temporary writeout pages. It is intended to trigger a full write-out
1220  * while still allowing the bitmap to change, for example if a resync or online
1221  * verify is aborted due to a failed peer disk, while local IO continues, or
1222  * pending resync acks are still being processed.
1223  */
1224 int drbd_bm_write_copy_pages(struct drbd_conf *mdev) __must_hold(local)
1225 {
1226         return bm_rw(mdev, WRITE, BM_AIO_COPY_PAGES, 0);
1227 }
1228
1229 /**
1230  * drbd_bm_write_hinted() - Write bitmap pages with "hint" marks, if they have changed.
1231  * @mdev:       DRBD device.
1232  */
1233 int drbd_bm_write_hinted(struct drbd_conf *mdev) __must_hold(local)
1234 {
1235         return bm_rw(mdev, WRITE, BM_AIO_WRITE_HINTED | BM_AIO_COPY_PAGES, 0);
1236 }
1237
1238 /**
1239  * drbd_bm_write_page() - Writes a PAGE_SIZE aligned piece of bitmap
1240  * @mdev:       DRBD device.
1241  * @idx:        bitmap page index
1242  *
1243  * We don't want to special case on logical_block_size of the backend device,
1244  * so we submit PAGE_SIZE aligned pieces.
1245  * Note that on "most" systems, PAGE_SIZE is 4k.
1246  *
1247  * In case this becomes an issue on systems with larger PAGE_SIZE,
1248  * we may want to change this again to write 4k aligned 4k pieces.
1249  */
1250 int drbd_bm_write_page(struct drbd_conf *mdev, unsigned int idx) __must_hold(local)
1251 {
1252         struct bm_aio_ctx *ctx;
1253         int err;
1254
1255         if (bm_test_page_unchanged(mdev->bitmap->bm_pages[idx])) {
1256                 dynamic_dev_dbg(DEV, "skipped bm page write for idx %u\n", idx);
1257                 return 0;
1258         }
1259
1260         ctx = kmalloc(sizeof(struct bm_aio_ctx), GFP_NOIO);
1261         if (!ctx)
1262                 return -ENOMEM;
1263
1264         *ctx = (struct bm_aio_ctx) {
1265                 .mdev = mdev,
1266                 .in_flight = ATOMIC_INIT(1),
1267                 .done = 0,
1268                 .flags = BM_AIO_COPY_PAGES,
1269                 .error = 0,
1270                 .kref = { ATOMIC_INIT(2) },
1271         };
1272
1273         if (!get_ldev_if_state(mdev, D_ATTACHING)) {  /* put is in bm_aio_ctx_destroy() */
1274                 dev_err(DEV, "ASSERT FAILED: get_ldev_if_state() == 1 in drbd_bm_write_page()\n");
1275                 kfree(ctx);
1276                 return -ENODEV;
1277         }
1278
1279         bm_page_io_async(ctx, idx, WRITE_SYNC);
1280         wait_until_done_or_force_detached(mdev, mdev->ldev, &ctx->done);
1281
1282         if (ctx->error)
1283                 drbd_chk_io_error(mdev, 1, DRBD_META_IO_ERROR);
1284                 /* that causes us to detach, so the in memory bitmap will be
1285                  * gone in a moment as well. */
1286
1287         mdev->bm_writ_cnt++;
1288         err = atomic_read(&ctx->in_flight) ? -EIO : ctx->error;
1289         kref_put(&ctx->kref, &bm_aio_ctx_destroy);
1290         return err;
1291 }
1292
1293 /* NOTE
1294  * find_first_bit returns int, we return unsigned long.
1295  * For this to work on 32bit arch with bitnumbers > (1<<32),
1296  * we'd need to return u64, and get a whole lot of other places
1297  * fixed where we still use unsigned long.
1298  *
1299  * this returns a bit number, NOT a sector!
1300  */
1301 static unsigned long __bm_find_next(struct drbd_conf *mdev, unsigned long bm_fo,
1302         const int find_zero_bit)
1303 {
1304         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
1305         unsigned long *p_addr;
1306         unsigned long bit_offset;
1307         unsigned i;
1308
1309
1310         if (bm_fo > b->bm_bits) {
1311                 dev_err(DEV, "bm_fo=%lu bm_bits=%lu\n", bm_fo, b->bm_bits);
1312                 bm_fo = DRBD_END_OF_BITMAP;
1313         } else {
1314                 while (bm_fo < b->bm_bits) {
1315                         /* bit offset of the first bit in the page */
1316                         bit_offset = bm_fo & ~BITS_PER_PAGE_MASK;
1317                         p_addr = __bm_map_pidx(b, bm_bit_to_page_idx(b, bm_fo));
1318
1319                         if (find_zero_bit)
1320                                 i = find_next_zero_bit_le(p_addr,
1321                                                 PAGE_SIZE*8, bm_fo & BITS_PER_PAGE_MASK);
1322                         else
1323                                 i = find_next_bit_le(p_addr,
1324                                                 PAGE_SIZE*8, bm_fo & BITS_PER_PAGE_MASK);
1325
1326                         __bm_unmap(p_addr);
1327                         if (i < PAGE_SIZE*8) {
1328                                 bm_fo = bit_offset + i;
1329                                 if (bm_fo >= b->bm_bits)
1330                                         break;
1331                                 goto found;
1332                         }
1333                         bm_fo = bit_offset + PAGE_SIZE*8;
1334                 }
1335                 bm_fo = DRBD_END_OF_BITMAP;
1336         }
1337  found:
1338         return bm_fo;
1339 }
1340
1341 static unsigned long bm_find_next(struct drbd_conf *mdev,
1342         unsigned long bm_fo, const int find_zero_bit)
1343 {
1344         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
1345         unsigned long i = DRBD_END_OF_BITMAP;
1346
1347         if (!expect(b))
1348                 return i;
1349         if (!expect(b->bm_pages))
1350                 return i;
1351
1352         spin_lock_irq(&b->bm_lock);
1353         if (BM_DONT_TEST & b->bm_flags)
1354                 bm_print_lock_info(mdev);
1355
1356         i = __bm_find_next(mdev, bm_fo, find_zero_bit);
1357
1358         spin_unlock_irq(&b->bm_lock);
1359         return i;
1360 }
1361
1362 unsigned long drbd_bm_find_next(struct drbd_conf *mdev, unsigned long bm_fo)
1363 {
1364         return bm_find_next(mdev, bm_fo, 0);
1365 }
1366
1367 #if 0
1368 /* not yet needed for anything. */
1369 unsigned long drbd_bm_find_next_zero(struct drbd_conf *mdev, unsigned long bm_fo)
1370 {
1371         return bm_find_next(mdev, bm_fo, 1);
1372 }
1373 #endif
1374
1375 /* does not spin_lock_irqsave.
1376  * you must take drbd_bm_lock() first */
1377 unsigned long _drbd_bm_find_next(struct drbd_conf *mdev, unsigned long bm_fo)
1378 {
1379         /* WARN_ON(!(BM_DONT_SET & mdev->b->bm_flags)); */
1380         return __bm_find_next(mdev, bm_fo, 0);
1381 }
1382
1383 unsigned long _drbd_bm_find_next_zero(struct drbd_conf *mdev, unsigned long bm_fo)
1384 {
1385         /* WARN_ON(!(BM_DONT_SET & mdev->b->bm_flags)); */
1386         return __bm_find_next(mdev, bm_fo, 1);
1387 }
1388
1389 /* returns number of bits actually changed.
1390  * for val != 0, we change 0 -> 1, return code positive
1391  * for val == 0, we change 1 -> 0, return code negative
1392  * wants bitnr, not sector.
1393  * expected to be called for only a few bits (e - s about BITS_PER_LONG).
1394  * Must hold bitmap lock already. */
1395 static int __bm_change_bits_to(struct drbd_conf *mdev, const unsigned long s,
1396         unsigned long e, int val)
1397 {
1398         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
1399         unsigned long *p_addr = NULL;
1400         unsigned long bitnr;
1401         unsigned int last_page_nr = -1U;
1402         int c = 0;
1403         int changed_total = 0;
1404
1405         if (e >= b->bm_bits) {
1406                 dev_err(DEV, "ASSERT FAILED: bit_s=%lu bit_e=%lu bm_bits=%lu\n",
1407                                 s, e, b->bm_bits);
1408                 e = b->bm_bits ? b->bm_bits -1 : 0;
1409         }
1410         for (bitnr = s; bitnr <= e; bitnr++) {
1411                 unsigned int page_nr = bm_bit_to_page_idx(b, bitnr);
1412                 if (page_nr != last_page_nr) {
1413                         if (p_addr)
1414                                 __bm_unmap(p_addr);
1415                         if (c < 0)
1416                                 bm_set_page_lazy_writeout(b->bm_pages[last_page_nr]);
1417                         else if (c > 0)
1418                                 bm_set_page_need_writeout(b->bm_pages[last_page_nr]);
1419                         changed_total += c;
1420                         c = 0;
1421                         p_addr = __bm_map_pidx(b, page_nr);
1422                         last_page_nr = page_nr;
1423                 }
1424                 if (val)
1425                         c += (0 == __test_and_set_bit_le(bitnr & BITS_PER_PAGE_MASK, p_addr));
1426                 else
1427                         c -= (0 != __test_and_clear_bit_le(bitnr & BITS_PER_PAGE_MASK, p_addr));
1428         }
1429         if (p_addr)
1430                 __bm_unmap(p_addr);
1431         if (c < 0)
1432                 bm_set_page_lazy_writeout(b->bm_pages[last_page_nr]);
1433         else if (c > 0)
1434                 bm_set_page_need_writeout(b->bm_pages[last_page_nr]);
1435         changed_total += c;
1436         b->bm_set += changed_total;
1437         return changed_total;
1438 }
1439
1440 /* returns number of bits actually changed.
1441  * for val != 0, we change 0 -> 1, return code positive
1442  * for val == 0, we change 1 -> 0, return code negative
1443  * wants bitnr, not sector */
1444 static int bm_change_bits_to(struct drbd_conf *mdev, const unsigned long s,
1445         const unsigned long e, int val)
1446 {
1447         unsigned long flags;
1448         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
1449         int c = 0;
1450
1451         if (!expect(b))
1452                 return 1;
1453         if (!expect(b->bm_pages))
1454                 return 0;
1455
1456         spin_lock_irqsave(&b->bm_lock, flags);
1457         if ((val ? BM_DONT_SET : BM_DONT_CLEAR) & b->bm_flags)
1458                 bm_print_lock_info(mdev);
1459
1460         c = __bm_change_bits_to(mdev, s, e, val);
1461
1462         spin_unlock_irqrestore(&b->bm_lock, flags);
1463         return c;
1464 }
1465
1466 /* returns number of bits changed 0 -> 1 */
1467 int drbd_bm_set_bits(struct drbd_conf *mdev, const unsigned long s, const unsigned long e)
1468 {
1469         return bm_change_bits_to(mdev, s, e, 1);
1470 }
1471
1472 /* returns number of bits changed 1 -> 0 */
1473 int drbd_bm_clear_bits(struct drbd_conf *mdev, const unsigned long s, const unsigned long e)
1474 {
1475         return -bm_change_bits_to(mdev, s, e, 0);
1476 }
1477
1478 /* sets all bits in full words,
1479  * from first_word up to, but not including, last_word */
1480 static inline void bm_set_full_words_within_one_page(struct drbd_bitmap *b,
1481                 int page_nr, int first_word, int last_word)
1482 {
1483         int i;
1484         int bits;
1485         int changed = 0;
1486         unsigned long *paddr = kmap_atomic(b->bm_pages[page_nr]);
1487         for (i = first_word; i < last_word; i++) {
1488                 bits = hweight_long(paddr[i]);
1489                 paddr[i] = ~0UL;
1490                 changed += BITS_PER_LONG - bits;
1491         }
1492         kunmap_atomic(paddr);
1493         if (changed) {
1494                 /* We only need lazy writeout, the information is still in the
1495                  * remote bitmap as well, and is reconstructed during the next
1496                  * bitmap exchange, if lost locally due to a crash. */
1497                 bm_set_page_lazy_writeout(b->bm_pages[page_nr]);
1498                 b->bm_set += changed;
1499         }
1500 }
1501
1502 /* Same thing as drbd_bm_set_bits,
1503  * but more efficient for a large bit range.
1504  * You must first drbd_bm_lock().
1505  * Can be called to set the whole bitmap in one go.
1506  * Sets bits from s to e _inclusive_. */
1507 void _drbd_bm_set_bits(struct drbd_conf *mdev, const unsigned long s, const unsigned long e)
1508 {
1509         /* First set_bit from the first bit (s)
1510          * up to the next long boundary (sl),
1511          * then assign full words up to the last long boundary (el),
1512          * then set_bit up to and including the last bit (e).
1513          *
1514          * Do not use memset, because we must account for changes,
1515          * so we need to loop over the words with hweight() anyways.
1516          */
1517         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
1518         unsigned long sl = ALIGN(s,BITS_PER_LONG);
1519         unsigned long el = (e+1) & ~((unsigned long)BITS_PER_LONG-1);
1520         int first_page;
1521         int last_page;
1522         int page_nr;
1523         int first_word;
1524         int last_word;
1525
1526         if (e - s <= 3*BITS_PER_LONG) {
1527                 /* don't bother; el and sl may even be wrong. */
1528                 spin_lock_irq(&b->bm_lock);
1529                 __bm_change_bits_to(mdev, s, e, 1);
1530                 spin_unlock_irq(&b->bm_lock);
1531                 return;
1532         }
1533
1534         /* difference is large enough that we can trust sl and el */
1535
1536         spin_lock_irq(&b->bm_lock);
1537
1538         /* bits filling the current long */
1539         if (sl)
1540                 __bm_change_bits_to(mdev, s, sl-1, 1);
1541
1542         first_page = sl >> (3 + PAGE_SHIFT);
1543         last_page = el >> (3 + PAGE_SHIFT);
1544
1545         /* MLPP: modulo longs per page */
1546         /* LWPP: long words per page */
1547         first_word = MLPP(sl >> LN2_BPL);
1548         last_word = LWPP;
1549
1550         /* first and full pages, unless first page == last page */
1551         for (page_nr = first_page; page_nr < last_page; page_nr++) {
1552                 bm_set_full_words_within_one_page(mdev->bitmap, page_nr, first_word, last_word);
1553                 spin_unlock_irq(&b->bm_lock);
1554                 cond_resched();
1555                 first_word = 0;
1556                 spin_lock_irq(&b->bm_lock);
1557         }
1558         /* last page (respectively only page, for first page == last page) */
1559         last_word = MLPP(el >> LN2_BPL);
1560
1561         /* consider bitmap->bm_bits = 32768, bitmap->bm_number_of_pages = 1. (or multiples).
1562          * ==> e = 32767, el = 32768, last_page = 2,
1563          * and now last_word = 0.
1564          * We do not want to touch last_page in this case,
1565          * as we did not allocate it, it is not present in bitmap->bm_pages.
1566          */
1567         if (last_word)
1568                 bm_set_full_words_within_one_page(mdev->bitmap, last_page, first_word, last_word);
1569
1570         /* possibly trailing bits.
1571          * example: (e & 63) == 63, el will be e+1.
1572          * if that even was the very last bit,
1573          * it would trigger an assert in __bm_change_bits_to()
1574          */
1575         if (el <= e)
1576                 __bm_change_bits_to(mdev, el, e, 1);
1577         spin_unlock_irq(&b->bm_lock);
1578 }
1579
1580 /* returns bit state
1581  * wants bitnr, NOT sector.
1582  * inherently racy... area needs to be locked by means of {al,rs}_lru
1583  *  1 ... bit set
1584  *  0 ... bit not set
1585  * -1 ... first out of bounds access, stop testing for bits!
1586  */
1587 int drbd_bm_test_bit(struct drbd_conf *mdev, const unsigned long bitnr)
1588 {
1589         unsigned long flags;
1590         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
1591         unsigned long *p_addr;
1592         int i;
1593
1594         if (!expect(b))
1595                 return 0;
1596         if (!expect(b->bm_pages))
1597                 return 0;
1598
1599         spin_lock_irqsave(&b->bm_lock, flags);
1600         if (BM_DONT_TEST & b->bm_flags)
1601                 bm_print_lock_info(mdev);
1602         if (bitnr < b->bm_bits) {
1603                 p_addr = bm_map_pidx(b, bm_bit_to_page_idx(b, bitnr));
1604                 i = test_bit_le(bitnr & BITS_PER_PAGE_MASK, p_addr) ? 1 : 0;
1605                 bm_unmap(p_addr);
1606         } else if (bitnr == b->bm_bits) {
1607                 i = -1;
1608         } else { /* (bitnr > b->bm_bits) */
1609                 dev_err(DEV, "bitnr=%lu > bm_bits=%lu\n", bitnr, b->bm_bits);
1610                 i = 0;
1611         }
1612
1613         spin_unlock_irqrestore(&b->bm_lock, flags);
1614         return i;
1615 }
1616
1617 /* returns number of bits set in the range [s, e] */
1618 int drbd_bm_count_bits(struct drbd_conf *mdev, const unsigned long s, const unsigned long e)
1619 {
1620         unsigned long flags;
1621         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
1622         unsigned long *p_addr = NULL;
1623         unsigned long bitnr;
1624         unsigned int page_nr = -1U;
1625         int c = 0;
1626
1627         /* If this is called without a bitmap, that is a bug.  But just to be
1628          * robust in case we screwed up elsewhere, in that case pretend there
1629          * was one dirty bit in the requested area, so we won't try to do a
1630          * local read there (no bitmap probably implies no disk) */
1631         if (!expect(b))
1632                 return 1;
1633         if (!expect(b->bm_pages))
1634                 return 1;
1635
1636         spin_lock_irqsave(&b->bm_lock, flags);
1637         if (BM_DONT_TEST & b->bm_flags)
1638                 bm_print_lock_info(mdev);
1639         for (bitnr = s; bitnr <= e; bitnr++) {
1640                 unsigned int idx = bm_bit_to_page_idx(b, bitnr);
1641                 if (page_nr != idx) {
1642                         page_nr = idx;
1643                         if (p_addr)
1644                                 bm_unmap(p_addr);
1645                         p_addr = bm_map_pidx(b, idx);
1646                 }
1647                 if (expect(bitnr < b->bm_bits))
1648                         c += (0 != test_bit_le(bitnr - (page_nr << (PAGE_SHIFT+3)), p_addr));
1649                 else
1650                         dev_err(DEV, "bitnr=%lu bm_bits=%lu\n", bitnr, b->bm_bits);
1651         }
1652         if (p_addr)
1653                 bm_unmap(p_addr);
1654         spin_unlock_irqrestore(&b->bm_lock, flags);
1655         return c;
1656 }
1657
1658
1659 /* inherently racy...
1660  * return value may be already out-of-date when this function returns.
1661  * but the general usage is that this is only use during a cstate when bits are
1662  * only cleared, not set, and typically only care for the case when the return
1663  * value is zero, or we already "locked" this "bitmap extent" by other means.
1664  *
1665  * enr is bm-extent number, since we chose to name one sector (512 bytes)
1666  * worth of the bitmap a "bitmap extent".
1667  *
1668  * TODO
1669  * I think since we use it like a reference count, we should use the real
1670  * reference count of some bitmap extent element from some lru instead...
1671  *
1672  */
1673 int drbd_bm_e_weight(struct drbd_conf *mdev, unsigned long enr)
1674 {
1675         struct drbd_bitmap *b = mdev->bitmap;
1676         int count, s, e;
1677         unsigned long flags;
1678         unsigned long *p_addr, *bm;
1679
1680         if (!expect(b))
1681                 return 0;
1682         if (!expect(b->bm_pages))
1683                 return 0;
1684
1685         spin_lock_irqsave(&b->bm_lock, flags);
1686         if (BM_DONT_TEST & b->bm_flags)
1687                 bm_print_lock_info(mdev);
1688
1689         s = S2W(enr);
1690         e = min((size_t)S2W(enr+1), b->bm_words);
1691         count = 0;
1692         if (s < b->bm_words) {
1693                 int n = e-s;
1694                 p_addr = bm_map_pidx(b, bm_word_to_page_idx(b, s));
1695                 bm = p_addr + MLPP(s);
1696                 while (n--)
1697                         count += hweight_long(*bm++);
1698                 bm_unmap(p_addr);
1699         } else {
1700                 dev_err(DEV, "start offset (%d) too large in drbd_bm_e_weight\n", s);
1701         }
1702         spin_unlock_irqrestore(&b->bm_lock, flags);
1703         return count;
1704 }