drivers/md/bcache/bset.c

   1 /*
   2  * Code for working with individual keys, and sorted sets of keys with in a
   3  * btree node
   4  *
   5  * Copyright 2012 Google, Inc.
   6  */
   7
   8 #include "bcache.h"
   9 #include "btree.h"
  10 #include "debug.h"
  11
  12 #include <linux/random.h>
  13 #include <linux/prefetch.h>
  14
  15 /* Keylists */
  16
  17 int __bch_keylist_realloc(struct keylist *l, unsigned u64s)
  18 {
  19         size_t oldsize = bch_keylist_nkeys(l);
  20         size_t newsize = oldsize + u64s;
  21         uint64_t *old_keys = l->keys_p == l->inline_keys ? NULL : l->keys_p;
  22         uint64_t *new_keys;
  23
  24         newsize = roundup_pow_of_two(newsize);
  25
  26         if (newsize <= KEYLIST_INLINE ||
  27             roundup_pow_of_two(oldsize) == newsize)
  28                 return 0;
  29
  30         new_keys = krealloc(old_keys, sizeof(uint64_t) * newsize, GFP_NOIO);
  31
  32         if (!new_keys)
  33                 return -ENOMEM;
  34
  35         if (!old_keys)
  36                 memcpy(new_keys, l->inline_keys, sizeof(uint64_t) * oldsize);
  37
  38         l->keys_p = new_keys;
  39         l->top_p = new_keys + oldsize;
  40
  41         return 0;
  42 }
  43
  44 struct bkey *bch_keylist_pop(struct keylist *l)
  45 {
  46         struct bkey *k = l->keys;
  47
  48         if (k == l->top)
  49                 return NULL;
  50
  51         while (bkey_next(k) != l->top)
  52                 k = bkey_next(k);
  53
  54         return l->top = k;
  55 }
  56
  57 void bch_keylist_pop_front(struct keylist *l)
  58 {
  59         l->top_p -= bkey_u64s(l->keys);
  60
  61         memmove(l->keys,
  62                 bkey_next(l->keys),
  63                 bch_keylist_bytes(l));
  64 }
  65
  66 /* Pointer validation */
  67
  68 static bool __ptr_invalid(struct cache_set *c, const struct bkey *k)
  69 {
  70         unsigned i;
  71
  72         for (i = 0; i < KEY_PTRS(k); i++)
  73                 if (ptr_available(c, k, i)) {
  74                         struct cache *ca = PTR_CACHE(c, k, i);
  75                         size_t bucket = PTR_BUCKET_NR(c, k, i);
  76                         size_t r = bucket_remainder(c, PTR_OFFSET(k, i));
  77
  78                         if (KEY_SIZE(k) + r > c->sb.bucket_size ||
  79                             bucket <  ca->sb.first_bucket ||
  80                             bucket >= ca->sb.nbuckets)
  81                                 return true;
  82                 }
  83
  84         return false;
  85 }
  86
  87 bool bch_btree_ptr_invalid(struct cache_set *c, const struct bkey *k)
  88 {
  89         char buf[80];
  90
  91         if (!KEY_PTRS(k) || !KEY_SIZE(k) || KEY_DIRTY(k))
  92                 goto bad;
  93
  94         if (__ptr_invalid(c, k))
  95                 goto bad;
  96
  97         return false;
  98 bad:
  99         bch_bkey_to_text(buf, sizeof(buf), k);
 100         cache_bug(c, "spotted btree ptr %s: %s", buf, bch_ptr_status(c, k));
 101         return true;
 102 }
 103
 104 bool bch_extent_ptr_invalid(struct cache_set *c, const struct bkey *k)
 105 {
 106         char buf[80];
 107
 108         if (!KEY_SIZE(k))
 109                 return true;
 110
 111         if (KEY_SIZE(k) > KEY_OFFSET(k))
 112                 goto bad;
 113
 114         if (__ptr_invalid(c, k))
 115                 goto bad;
 116
 117         return false;
 118 bad:
 119         bch_bkey_to_text(buf, sizeof(buf), k);
 120         cache_bug(c, "spotted extent %s: %s", buf, bch_ptr_status(c, k));
 121         return true;
 122 }
 123
 124 static bool ptr_bad_expensive_checks(struct btree *b, const struct bkey *k,
 125                                      unsigned ptr)
 126 {
 127         struct bucket *g = PTR_BUCKET(b->c, k, ptr);
 128         char buf[80];
 129
 130         if (mutex_trylock(&b->c->bucket_lock)) {
 131                 if (b->level) {
 132                         if (KEY_DIRTY(k) ||
 133                             g->prio != BTREE_PRIO ||
 134                             (b->c->gc_mark_valid &&
 135                              GC_MARK(g) != GC_MARK_METADATA))
 136                                 goto err;
 137
 138                 } else {
 139                         if (g->prio == BTREE_PRIO)
 140                                 goto err;
 141
 142                         if (KEY_DIRTY(k) &&
 143                             b->c->gc_mark_valid &&
 144                             GC_MARK(g) != GC_MARK_DIRTY)
 145                                 goto err;
 146                 }
 147                 mutex_unlock(&b->c->bucket_lock);
 148         }
 149
 150         return false;
 151 err:
 152         mutex_unlock(&b->c->bucket_lock);
 153         bch_bkey_to_text(buf, sizeof(buf), k);
 154         btree_bug(b,
 155 "inconsistent pointer %s: bucket %zu pin %i prio %i gen %i last_gc %i mark %llu gc_gen %i",
 156                   buf, PTR_BUCKET_NR(b->c, k, ptr), atomic_read(&g->pin),
 157                   g->prio, g->gen, g->last_gc, GC_MARK(g), g->gc_gen);
 158         return true;
 159 }
 160
 161 bool bch_ptr_bad(struct btree *b, const struct bkey *k)
 162 {
 163         struct bucket *g;
 164         unsigned i, stale;
 165
 166         if (!bkey_cmp(k, &ZERO_KEY) ||
 167             !KEY_PTRS(k) ||
 168             bch_ptr_invalid(b, k))
 169                 return true;
 170
 171         for (i = 0; i < KEY_PTRS(k); i++)
 172                 if (!ptr_available(b->c, k, i))
 173                         return true;
 174
 175         if (!expensive_debug_checks(b->c) && KEY_DIRTY(k))
 176                 return false;
 177
 178         for (i = 0; i < KEY_PTRS(k); i++) {
 179                 g = PTR_BUCKET(b->c, k, i);
 180                 stale = ptr_stale(b->c, k, i);
 181
 182                 btree_bug_on(stale > 96, b,
 183                              "key too stale: %i, need_gc %u",
 184                              stale, b->c->need_gc);
 185
 186                 btree_bug_on(stale && KEY_DIRTY(k) && KEY_SIZE(k),
 187                              b, "stale dirty pointer");
 188
 189                 if (stale)
 190                         return true;
 191
 192                 if (expensive_debug_checks(b->c) &&
 193                     ptr_bad_expensive_checks(b, k, i))
 194                         return true;
 195         }
 196
 197         return false;
 198 }
 199
 200 /* Key/pointer manipulation */
 201
 202 void bch_bkey_copy_single_ptr(struct bkey *dest, const struct bkey *src,
 203                               unsigned i)
 204 {
 205         BUG_ON(i > KEY_PTRS(src));
 206
 207         /* Only copy the header, key, and one pointer. */
 208         memcpy(dest, src, 2 * sizeof(uint64_t));
 209         dest->ptr[0] = src->ptr[i];
 210         SET_KEY_PTRS(dest, 1);
 211         /* We didn't copy the checksum so clear that bit. */
 212         SET_KEY_CSUM(dest, 0);
 213 }
 214
 215 bool __bch_cut_front(const struct bkey *where, struct bkey *k)
 216 {
 217         unsigned i, len = 0;
 218
 219         if (bkey_cmp(where, &START_KEY(k)) <= 0)
 220                 return false;
 221
 222         if (bkey_cmp(where, k) < 0)
 223                 len = KEY_OFFSET(k) - KEY_OFFSET(where);
 224         else
 225                 bkey_copy_key(k, where);
 226
 227         for (i = 0; i < KEY_PTRS(k); i++)
 228                 SET_PTR_OFFSET(k, i, PTR_OFFSET(k, i) + KEY_SIZE(k) - len);
 229
 230         BUG_ON(len > KEY_SIZE(k));
 231         SET_KEY_SIZE(k, len);
 232         return true;
 233 }
 234
 235 bool __bch_cut_back(const struct bkey *where, struct bkey *k)
 236 {
 237         unsigned len = 0;
 238
 239         if (bkey_cmp(where, k) >= 0)
 240                 return false;
 241
 242         BUG_ON(KEY_INODE(where) != KEY_INODE(k));
 243
 244         if (bkey_cmp(where, &START_KEY(k)) > 0)
 245                 len = KEY_OFFSET(where) - KEY_START(k);
 246
 247         bkey_copy_key(k, where);
 248
 249         BUG_ON(len > KEY_SIZE(k));
 250         SET_KEY_SIZE(k, len);
 251         return true;
 252 }
 253
 254 static uint64_t merge_chksums(struct bkey *l, struct bkey *r)
 255 {
 256         return (l->ptr[KEY_PTRS(l)] + r->ptr[KEY_PTRS(r)]) &
 257                 ~((uint64_t)1 << 63);
 258 }
 259
 260 /* Tries to merge l and r: l should be lower than r
 261  * Returns true if we were able to merge. If we did merge, l will be the merged
 262  * key, r will be untouched.
 263  */
 264 bool bch_bkey_try_merge(struct btree *b, struct bkey *l, struct bkey *r)
 265 {
 266         unsigned i;
 267
 268         if (key_merging_disabled(b->c))
 269                 return false;
 270
 271         if (KEY_PTRS(l) != KEY_PTRS(r) ||
 272             KEY_DIRTY(l) != KEY_DIRTY(r) ||
 273             bkey_cmp(l, &START_KEY(r)))
 274                 return false;
 275
 276         for (i = 0; i < KEY_PTRS(l); i++)
 277                 if (l->ptr[i] + PTR(0, KEY_SIZE(l), 0) != r->ptr[i] ||
 278                     PTR_BUCKET_NR(b->c, l, i) != PTR_BUCKET_NR(b->c, r, i))
 279                         return false;
 280
 281         /* Keys with no pointers aren't restricted to one bucket and could
 282          * overflow KEY_SIZE
 283          */
 284         if (KEY_SIZE(l) + KEY_SIZE(r) > USHRT_MAX) {
 285                 SET_KEY_OFFSET(l, KEY_OFFSET(l) + USHRT_MAX - KEY_SIZE(l));
 286                 SET_KEY_SIZE(l, USHRT_MAX);
 287
 288                 bch_cut_front(l, r);
 289                 return false;
 290         }
 291
 292         if (KEY_CSUM(l)) {
 293                 if (KEY_CSUM(r))
 294                         l->ptr[KEY_PTRS(l)] = merge_chksums(l, r);
 295                 else
 296                         SET_KEY_CSUM(l, 0);
 297         }
 298
 299         SET_KEY_OFFSET(l, KEY_OFFSET(l) + KEY_SIZE(r));
 300         SET_KEY_SIZE(l, KEY_SIZE(l) + KEY_SIZE(r));
 301
 302         return true;
 303 }
 304
 305 /* Binary tree stuff for auxiliary search trees */
 306
 307 static unsigned inorder_next(unsigned j, unsigned size)
 308 {
 309         if (j * 2 + 1 < size) {
 310                 j = j * 2 + 1;
 311
 312                 while (j * 2 < size)
 313                         j *= 2;
 314         } else
 315                 j >>= ffz(j) + 1;
 316
 317         return j;
 318 }
 319
 320 static unsigned inorder_prev(unsigned j, unsigned size)
 321 {
 322         if (j * 2 < size) {
 323                 j = j * 2;
 324
 325                 while (j * 2 + 1 < size)
 326                         j = j * 2 + 1;
 327         } else
 328                 j >>= ffs(j);
 329
 330         return j;
 331 }
 332
 333 /* I have no idea why this code works... and I'm the one who wrote it
 334  *
 335  * However, I do know what it does:
 336  * Given a binary tree constructed in an array (i.e. how you normally implement
 337  * a heap), it converts a node in the tree - referenced by array index - to the
 338  * index it would have if you did an inorder traversal.
 339  *
 340  * Also tested for every j, size up to size somewhere around 6 million.
 341  *
 342  * The binary tree starts at array index 1, not 0
 343  * extra is a function of size:
 344  *   extra = (size - rounddown_pow_of_two(size - 1)) << 1;
 345  */
 346 static unsigned __to_inorder(unsigned j, unsigned size, unsigned extra)
 347 {
 348         unsigned b = fls(j);
 349         unsigned shift = fls(size - 1) - b;
 350
 351         j  ^= 1U << (b - 1);
 352         j <<= 1;
 353         j  |= 1;
 354         j <<= shift;
 355
 356         if (j > extra)
 357                 j -= (j - extra) >> 1;
 358
 359         return j;
 360 }
 361
 362 static unsigned to_inorder(unsigned j, struct bset_tree *t)
 363 {
 364         return __to_inorder(j, t->size, t->extra);
 365 }
 366
 367 static unsigned __inorder_to_tree(unsigned j, unsigned size, unsigned extra)
 368 {
 369         unsigned shift;
 370
 371         if (j > extra)
 372                 j += j - extra;
 373
 374         shift = ffs(j);
 375
 376         j >>= shift;
 377         j  |= roundup_pow_of_two(size) >> shift;
 378
 379         return j;
 380 }
 381
 382 static unsigned inorder_to_tree(unsigned j, struct bset_tree *t)
 383 {
 384         return __inorder_to_tree(j, t->size, t->extra);
 385 }
 386
 387 #if 0
 388 void inorder_test(void)
 389 {
 390         unsigned long done = 0;
 391         ktime_t start = ktime_get();
 392
 393         for (unsigned size = 2;
 394              size < 65536000;
 395              size++) {
 396                 unsigned extra = (size - rounddown_pow_of_two(size - 1)) << 1;
 397                 unsigned i = 1, j = rounddown_pow_of_two(size - 1);
 398
 399                 if (!(size % 4096))
 400                         printk(KERN_NOTICE "loop %u, %llu per us\n", size,
 401                                done / ktime_us_delta(ktime_get(), start));
 402
 403                 while (1) {
 404                         if (__inorder_to_tree(i, size, extra) != j)
 405                                 panic("size %10u j %10u i %10u", size, j, i);
 406
 407                         if (__to_inorder(j, size, extra) != i)
 408                                 panic("size %10u j %10u i %10u", size, j, i);
 409
 410                         if (j == rounddown_pow_of_two(size) - 1)
 411                                 break;
 412
 413                         BUG_ON(inorder_prev(inorder_next(j, size), size) != j);
 414
 415                         j = inorder_next(j, size);
 416                         i++;
 417                 }
 418
 419                 done += size - 1;
 420         }
 421 }
 422 #endif
 423
 424 /*
 425  * Cacheline/offset <-> bkey pointer arithmetic:
 426  *
 427  * t->tree is a binary search tree in an array; each node corresponds to a key
 428  * in one cacheline in t->set (BSET_CACHELINE bytes).
 429  *
 430  * This means we don't have to store the full index of the key that a node in
 431  * the binary tree points to; to_inorder() gives us the cacheline, and then
 432  * bkey_float->m gives us the offset within that cacheline, in units of 8 bytes.
 433  *
 434  * cacheline_to_bkey() and friends abstract out all the pointer arithmetic to
 435  * make this work.
 436  *
 437  * To construct the bfloat for an arbitrary key we need to know what the key
 438  * immediately preceding it is: we have to check if the two keys differ in the
 439  * bits we're going to store in bkey_float->mantissa. t->prev[j] stores the size
 440  * of the previous key so we can walk backwards to it from t->tree[j]'s key.
 441  */
 442
 443 static struct bkey *cacheline_to_bkey(struct bset_tree *t, unsigned cacheline,
 444                                       unsigned offset)
 445 {
 446         return ((void *) t->data) + cacheline * BSET_CACHELINE + offset * 8;
 447 }
 448
 449 static unsigned bkey_to_cacheline(struct bset_tree *t, struct bkey *k)
 450 {
 451         return ((void *) k - (void *) t->data) / BSET_CACHELINE;
 452 }
 453
 454 static unsigned bkey_to_cacheline_offset(struct bkey *k)
 455 {
 456         return ((size_t) k & (BSET_CACHELINE - 1)) / sizeof(uint64_t);
 457 }
 458
 459 static struct bkey *tree_to_bkey(struct bset_tree *t, unsigned j)
 460 {
 461         return cacheline_to_bkey(t, to_inorder(j, t), t->tree[j].m);
 462 }
 463
 464 static struct bkey *tree_to_prev_bkey(struct bset_tree *t, unsigned j)
 465 {
 466         return (void *) (((uint64_t *) tree_to_bkey(t, j)) - t->prev[j]);
 467 }
 468
 469 /*
 470  * For the write set - the one we're currently inserting keys into - we don't
 471  * maintain a full search tree, we just keep a simple lookup table in t->prev.
 472  */
 473 static struct bkey *table_to_bkey(struct bset_tree *t, unsigned cacheline)
 474 {
 475         return cacheline_to_bkey(t, cacheline, t->prev[cacheline]);
 476 }
 477
 478 static inline uint64_t shrd128(uint64_t high, uint64_t low, uint8_t shift)
 479 {
 480         low >>= shift;
 481         low  |= (high << 1) << (63U - shift);
 482         return low;
 483 }
 484
 485 static inline unsigned bfloat_mantissa(const struct bkey *k,
 486                                        struct bkey_float *f)
 487 {
 488         const uint64_t *p = &k->low - (f->exponent >> 6);
 489         return shrd128(p[-1], p[0], f->exponent & 63) & BKEY_MANTISSA_MASK;
 490 }
 491
 492 static void make_bfloat(struct bset_tree *t, unsigned j)
 493 {
 494         struct bkey_float *f = &t->tree[j];
 495         struct bkey *m = tree_to_bkey(t, j);
 496         struct bkey *p = tree_to_prev_bkey(t, j);
 497
 498         struct bkey *l = is_power_of_2(j)
 499                 ? t->data->start
 500                 : tree_to_prev_bkey(t, j >> ffs(j));
 501
 502         struct bkey *r = is_power_of_2(j + 1)
 503                 ? bset_bkey_idx(t->data, t->data->keys - bkey_u64s(&t->end))
 504                 : tree_to_bkey(t, j >> (ffz(j) + 1));
 505
 506         BUG_ON(m < l || m > r);
 507         BUG_ON(bkey_next(p) != m);
 508
 509         if (KEY_INODE(l) != KEY_INODE(r))
 510                 f->exponent = fls64(KEY_INODE(r) ^ KEY_INODE(l)) + 64;
 511         else
 512                 f->exponent = fls64(r->low ^ l->low);
 513
 514         f->exponent = max_t(int, f->exponent - BKEY_MANTISSA_BITS, 0);
 515
 516         /*
 517          * Setting f->exponent = 127 flags this node as failed, and causes the
 518          * lookup code to fall back to comparing against the original key.
 519          */
 520
 521         if (bfloat_mantissa(m, f) != bfloat_mantissa(p, f))
 522                 f->mantissa = bfloat_mantissa(m, f) - 1;
 523         else
 524                 f->exponent = 127;
 525 }
 526
 527 static void bset_alloc_tree(struct btree *b, struct bset_tree *t)
 528 {
 529         if (t != b->sets) {
 530                 unsigned j = roundup(t[-1].size,
 531                                      64 / sizeof(struct bkey_float));
 532
 533                 t->tree = t[-1].tree + j;
 534                 t->prev = t[-1].prev + j;
 535         }
 536
 537         while (t < b->sets + MAX_BSETS)
 538                 t++->size = 0;
 539 }
 540
 541 static void bset_build_unwritten_tree(struct btree *b)
 542 {
 543         struct bset_tree *t = b->sets + b->nsets;
 544
 545         bset_alloc_tree(b, t);
 546
 547         if (t->tree != b->sets->tree + bset_tree_space(b)) {
 548                 t->prev[0] = bkey_to_cacheline_offset(t->data->start);
 549                 t->size = 1;
 550         }
 551 }
 552
 553 static void bset_build_written_tree(struct btree *b)
 554 {
 555         struct bset_tree *t = b->sets + b->nsets;
 556         struct bkey *k = t->data->start;
 557         unsigned j, cacheline = 1;
 558
 559         bset_alloc_tree(b, t);
 560
 561         t->size = min_t(unsigned,
 562                         bkey_to_cacheline(t, bset_bkey_last(t->data)),
 563                         b->sets->tree + bset_tree_space(b) - t->tree);
 564
 565         if (t->size < 2) {
 566                 t->size = 0;
 567                 return;
 568         }
 569
 570         t->extra = (t->size - rounddown_pow_of_two(t->size - 1)) << 1;
 571
 572         /* First we figure out where the first key in each cacheline is */
 573         for (j = inorder_next(0, t->size);
 574              j;
 575              j = inorder_next(j, t->size)) {
 576                 while (bkey_to_cacheline(t, k) != cacheline)
 577                         k = bkey_next(k);
 578
 579                 t->prev[j] = bkey_u64s(k);
 580                 k = bkey_next(k);
 581                 cacheline++;
 582                 t->tree[j].m = bkey_to_cacheline_offset(k);
 583         }
 584
 585         while (bkey_next(k) != bset_bkey_last(t->data))
 586                 k = bkey_next(k);
 587
 588         t->end = *k;
 589
 590         /* Then we build the tree */
 591         for (j = inorder_next(0, t->size);
 592              j;
 593              j = inorder_next(j, t->size))
 594                 make_bfloat(t, j);
 595 }
 596
 597 void bch_bset_fix_invalidated_key(struct btree *b, struct bkey *k)
 598 {
 599         struct bset_tree *t;
 600         unsigned inorder, j = 1;
 601
 602         for (t = b->sets; t <= &b->sets[b->nsets]; t++)
 603                 if (k < bset_bkey_last(t->data))
 604                         goto found_set;
 605
 606         BUG();
 607 found_set:
 608         if (!t->size || !bset_written(b, t))
 609                 return;
 610
 611         inorder = bkey_to_cacheline(t, k);
 612
 613         if (k == t->data->start)
 614                 goto fix_left;
 615
 616         if (bkey_next(k) == bset_bkey_last(t->data)) {
 617                 t->end = *k;
 618                 goto fix_right;
 619         }
 620
 621         j = inorder_to_tree(inorder, t);
 622
 623         if (j &&
 624             j < t->size &&
 625             k == tree_to_bkey(t, j))
 626 fix_left:       do {
 627                         make_bfloat(t, j);
 628                         j = j * 2;
 629                 } while (j < t->size);
 630
 631         j = inorder_to_tree(inorder + 1, t);
 632
 633         if (j &&
 634             j < t->size &&
 635             k == tree_to_prev_bkey(t, j))
 636 fix_right:      do {
 637                         make_bfloat(t, j);
 638                         j = j * 2 + 1;
 639                 } while (j < t->size);
 640 }
 641
 642 void bch_bset_fix_lookup_table(struct btree *b, struct bkey *k)
 643 {
 644         struct bset_tree *t = &b->sets[b->nsets];
 645         unsigned shift = bkey_u64s(k);
 646         unsigned j = bkey_to_cacheline(t, k);
 647
 648         /* We're getting called from btree_split() or btree_gc, just bail out */
 649         if (!t->size)
 650                 return;
 651
 652         /* k is the key we just inserted; we need to find the entry in the
 653          * lookup table for the first key that is strictly greater than k:
 654          * it's either k's cacheline or the next one
 655          */
 656         if (j < t->size &&
 657             table_to_bkey(t, j) <= k)
 658                 j++;
 659
 660         /* Adjust all the lookup table entries, and find a new key for any that
 661          * have gotten too big
 662          */
 663         for (; j < t->size; j++) {
 664                 t->prev[j] += shift;
 665
 666                 if (t->prev[j] > 7) {
 667                         k = table_to_bkey(t, j - 1);
 668
 669                         while (k < cacheline_to_bkey(t, j, 0))
 670                                 k = bkey_next(k);
 671
 672                         t->prev[j] = bkey_to_cacheline_offset(k);
 673                 }
 674         }
 675
 676         if (t->size == b->sets->tree + bset_tree_space(b) - t->tree)
 677                 return;
 678
 679         /* Possibly add a new entry to the end of the lookup table */
 680
 681         for (k = table_to_bkey(t, t->size - 1);
 682              k != bset_bkey_last(t->data);
 683              k = bkey_next(k))
 684                 if (t->size == bkey_to_cacheline(t, k)) {
 685                         t->prev[t->size] = bkey_to_cacheline_offset(k);
 686                         t->size++;
 687                 }
 688 }
 689
 690 void bch_bset_init_next(struct btree *b)
 691 {
 692         struct bset *i = write_block(b);
 693
 694         if (i != b->sets[0].data) {
 695                 b->sets[++b->nsets].data = i;
 696                 i->seq = b->sets[0].data->seq;
 697         } else
 698                 get_random_bytes(&i->seq, sizeof(uint64_t));
 699
 700         i->magic        = bset_magic(&b->c->sb);
 701         i->version      = 0;
 702         i->keys         = 0;
 703
 704         bset_build_unwritten_tree(b);
 705 }
 706
 707 struct bset_search_iter {
 708         struct bkey *l, *r;
 709 };
 710
 711 static struct bset_search_iter bset_search_write_set(struct btree *b,
 712                                                      struct bset_tree *t,
 713                                                      const struct bkey *search)
 714 {
 715         unsigned li = 0, ri = t->size;
 716
 717         BUG_ON(!b->nsets &&
 718                t->size < bkey_to_cacheline(t, bset_bkey_last(t->data)));
 719
 720         while (li + 1 != ri) {
 721                 unsigned m = (li + ri) >> 1;
 722
 723                 if (bkey_cmp(table_to_bkey(t, m), search) > 0)
 724                         ri = m;
 725                 else
 726                         li = m;
 727         }
 728
 729         return (struct bset_search_iter) {
 730                 table_to_bkey(t, li),
 731                 ri < t->size ? table_to_bkey(t, ri) : bset_bkey_last(t->data)
 732         };
 733 }
 734
 735 static struct bset_search_iter bset_search_tree(struct btree *b,
 736                                                 struct bset_tree *t,
 737                                                 const struct bkey *search)
 738 {
 739         struct bkey *l, *r;
 740         struct bkey_float *f;
 741         unsigned inorder, j, n = 1;
 742
 743         do {
 744                 unsigned p = n << 4;
 745                 p &= ((int) (p - t->size)) >> 31;
 746
 747                 prefetch(&t->tree[p]);
 748
 749                 j = n;
 750                 f = &t->tree[j];
 751
 752                 /*
 753                  * n = (f->mantissa > bfloat_mantissa())
 754                  *      ? j * 2
 755                  *      : j * 2 + 1;
 756                  *
 757                  * We need to subtract 1 from f->mantissa for the sign bit trick
 758                  * to work  - that's done in make_bfloat()
 759                  */
 760                 if (likely(f->exponent != 127))
 761                         n = j * 2 + (((unsigned)
 762                                       (f->mantissa -
 763                                        bfloat_mantissa(search, f))) >> 31);
 764                 else
 765                         n = (bkey_cmp(tree_to_bkey(t, j), search) > 0)
 766                                 ? j * 2
 767                                 : j * 2 + 1;
 768         } while (n < t->size);
 769
 770         inorder = to_inorder(j, t);
 771
 772         /*
 773          * n would have been the node we recursed to - the low bit tells us if
 774          * we recursed left or recursed right.
 775          */
 776         if (n & 1) {
 777                 l = cacheline_to_bkey(t, inorder, f->m);
 778
 779                 if (++inorder != t->size) {
 780                         f = &t->tree[inorder_next(j, t->size)];
 781                         r = cacheline_to_bkey(t, inorder, f->m);
 782                 } else
 783                         r = bset_bkey_last(t->data);
 784         } else {
 785                 r = cacheline_to_bkey(t, inorder, f->m);
 786
 787                 if (--inorder) {
 788                         f = &t->tree[inorder_prev(j, t->size)];
 789                         l = cacheline_to_bkey(t, inorder, f->m);
 790                 } else
 791                         l = t->data->start;
 792         }
 793
 794         return (struct bset_search_iter) {l, r};
 795 }
 796
 797 struct bkey *__bch_bset_search(struct btree *b, struct bset_tree *t,
 798                                const struct bkey *search)
 799 {
 800         struct bset_search_iter i;
 801
 802         /*
 803          * First, we search for a cacheline, then lastly we do a linear search
 804          * within that cacheline.
 805          *
 806          * To search for the cacheline, there's three different possibilities:
 807          *  * The set is too small to have a search tree, so we just do a linear
 808          *    search over the whole set.
 809          *  * The set is the one we're currently inserting into; keeping a full
 810          *    auxiliary search tree up to date would be too expensive, so we
 811          *    use a much simpler lookup table to do a binary search -
 812          *    bset_search_write_set().
 813          *  * Or we use the auxiliary search tree we constructed earlier -
 814          *    bset_search_tree()
 815          */
 816
 817         if (unlikely(!t->size)) {
 818                 i.l = t->data->start;
 819                 i.r = bset_bkey_last(t->data);
 820         } else if (bset_written(b, t)) {
 821                 /*
 822                  * Each node in the auxiliary search tree covers a certain range
 823                  * of bits, and keys above and below the set it covers might
 824                  * differ outside those bits - so we have to special case the
 825                  * start and end - handle that here:
 826                  */
 827
 828                 if (unlikely(bkey_cmp(search, &t->end) >= 0))
 829                         return bset_bkey_last(t->data);
 830
 831                 if (unlikely(bkey_cmp(search, t->data->start) < 0))
 832                         return t->data->start;
 833
 834                 i = bset_search_tree(b, t, search);
 835         } else
 836                 i = bset_search_write_set(b, t, search);
 837
 838         if (expensive_debug_checks(b->c)) {
 839                 BUG_ON(bset_written(b, t) &&
 840                        i.l != t->data->start &&
 841                        bkey_cmp(tree_to_prev_bkey(t,
 842                           inorder_to_tree(bkey_to_cacheline(t, i.l), t)),
 843                                 search) > 0);
 844
 845                 BUG_ON(i.r != bset_bkey_last(t->data) &&
 846                        bkey_cmp(i.r, search) <= 0);
 847         }
 848
 849         while (likely(i.l != i.r) &&
 850                bkey_cmp(i.l, search) <= 0)
 851                 i.l = bkey_next(i.l);
 852
 853         return i.l;
 854 }
 855
 856 /* Btree iterator */
 857
 858 /*
 859  * Returns true if l > r - unless l == r, in which case returns true if l is
 860  * older than r.
 861  *
 862  * Necessary for btree_sort_fixup() - if there are multiple keys that compare
 863  * equal in different sets, we have to process them newest to oldest.
 864  */
 865 static inline bool btree_iter_cmp(struct btree_iter_set l,
 866                                   struct btree_iter_set r)
 867 {
 868         int64_t c = bkey_cmp(&START_KEY(l.k), &START_KEY(r.k));
 869
 870         return c ? c > 0 : l.k < r.k;
 871 }
 872
 873 static inline bool btree_iter_end(struct btree_iter *iter)
 874 {
 875         return !iter->used;
 876 }
 877
 878 void bch_btree_iter_push(struct btree_iter *iter, struct bkey *k,
 879                          struct bkey *end)
 880 {
 881         if (k != end)
 882                 BUG_ON(!heap_add(iter,
 883                                  ((struct btree_iter_set) { k, end }),
 884                                  btree_iter_cmp));
 885 }
 886
 887 struct bkey *__bch_btree_iter_init(struct btree *b, struct btree_iter *iter,
 888                                    struct bkey *search, struct bset_tree *start)
 889 {
 890         struct bkey *ret = NULL;
 891         iter->size = ARRAY_SIZE(iter->data);
 892         iter->used = 0;
 893
 894 #ifdef CONFIG_BCACHE_DEBUG
 895         iter->b = b;
 896 #endif
 897
 898         for (; start <= &b->sets[b->nsets]; start++) {
 899                 ret = bch_bset_search(b, start, search);
 900                 bch_btree_iter_push(iter, ret, bset_bkey_last(start->data));
 901         }
 902
 903         return ret;
 904 }
 905
 906 struct bkey *bch_btree_iter_next(struct btree_iter *iter)
 907 {
 908         struct btree_iter_set unused;
 909         struct bkey *ret = NULL;
 910
 911         if (!btree_iter_end(iter)) {
 912                 bch_btree_iter_next_check(iter);
 913
 914                 ret = iter->data->k;
 915                 iter->data->k = bkey_next(iter->data->k);
 916
 917                 if (iter->data->k > iter->data->end) {
 918                         WARN_ONCE(1, "bset was corrupt!\n");
 919                         iter->data->k = iter->data->end;
 920                 }
 921
 922                 if (iter->data->k == iter->data->end)
 923                         heap_pop(iter, unused, btree_iter_cmp);
 924                 else
 925                         heap_sift(iter, 0, btree_iter_cmp);
 926         }
 927
 928         return ret;
 929 }
 930
 931 struct bkey *bch_btree_iter_next_filter(struct btree_iter *iter,
 932                                         struct btree *b, ptr_filter_fn fn)
 933 {
 934         struct bkey *ret;
 935
 936         do {
 937                 ret = bch_btree_iter_next(iter);
 938         } while (ret && fn(b, ret));
 939
 940         return ret;
 941 }
 942
 943 /* Mergesort */
 944
 945 static void sort_key_next(struct btree_iter *iter,
 946                           struct btree_iter_set *i)
 947 {
 948         i->k = bkey_next(i->k);
 949
 950         if (i->k == i->end)
 951                 *i = iter->data[--iter->used];
 952 }
 953
 954 static struct bkey *btree_sort_fixup(struct btree_iter *iter, struct bkey *tmp)
 955 {
 956         while (iter->used > 1) {
 957                 struct btree_iter_set *top = iter->data, *i = top + 1;
 958
 959                 if (iter->used > 2 &&
 960                     btree_iter_cmp(i[0], i[1]))
 961                         i++;
 962
 963                 if (bkey_cmp(top->k, &START_KEY(i->k)) <= 0)
 964                         break;
 965
 966                 if (!KEY_SIZE(i->k)) {
 967                         sort_key_next(iter, i);
 968                         heap_sift(iter, i - top, btree_iter_cmp);
 969                         continue;
 970                 }
 971
 972                 if (top->k > i->k) {
 973                         if (bkey_cmp(top->k, i->k) >= 0)
 974                                 sort_key_next(iter, i);
 975                         else
 976                                 bch_cut_front(top->k, i->k);
 977
 978                         heap_sift(iter, i - top, btree_iter_cmp);
 979                 } else {
 980                         /* can't happen because of comparison func */
 981                         BUG_ON(!bkey_cmp(&START_KEY(top->k), &START_KEY(i->k)));
 982
 983                         if (bkey_cmp(i->k, top->k) < 0) {
 984                                 bkey_copy(tmp, top->k);
 985
 986                                 bch_cut_back(&START_KEY(i->k), tmp);
 987                                 bch_cut_front(i->k, top->k);
 988                                 heap_sift(iter, 0, btree_iter_cmp);
 989
 990                                 return tmp;
 991                         } else {
 992                                 bch_cut_back(&START_KEY(i->k), top->k);
 993                         }
 994                 }
 995         }
 996
 997         return NULL;
 998 }
 999
1000 static void btree_mergesort(struct btree *b, struct bset *out,
1001                             struct btree_iter *iter,
1002                             bool fixup, bool remove_stale)
1003 {
1004         struct bkey *k, *last = NULL;
1005         BKEY_PADDED(k) tmp;
1006         bool (*bad)(struct btree *, const struct bkey *) = remove_stale
1007                 ? bch_ptr_bad
1008                 : bch_ptr_invalid;
1009
1010         while (!btree_iter_end(iter)) {
1011                 if (fixup && !b->level)
1012                         k = btree_sort_fixup(iter, &tmp.k);
1013                 else
1014                         k = NULL;
1015
1016                 if (!k)
1017                         k = bch_btree_iter_next(iter);
1018
1019                 if (bad(b, k))
1020                         continue;
1021
1022                 if (!last) {
1023                         last = out->start;
1024                         bkey_copy(last, k);
1025                 } else if (b->level ||
1026                            !bch_bkey_try_merge(b, last, k)) {
1027                         last = bkey_next(last);
1028                         bkey_copy(last, k);
1029                 }
1030         }
1031
1032         out->keys = last ? (uint64_t *) bkey_next(last) - out->d : 0;
1033
1034         pr_debug("sorted %i keys", out->keys);
1035 }
1036
1037 static void __btree_sort(struct btree *b, struct btree_iter *iter,
1038                          unsigned start, unsigned order, bool fixup)
1039 {
1040         uint64_t start_time;
1041         bool remove_stale = !b->written;
1042         bool used_mempool = false;
1043         struct bset *out = (void *) __get_free_pages(__GFP_NOWARN|GFP_NOIO,
1044                                                      order);
1045         if (!out) {
1046                 out = page_address(mempool_alloc(b->c->sort_pool, GFP_NOIO));
1047                 used_mempool = true;
1048                 order = ilog2(bucket_pages(b->c));
1049         }
1050
1051         start_time = local_clock();
1052
1053         btree_mergesort(b, out, iter, fixup, remove_stale);
1054         b->nsets = start;
1055
1056         if (!start && order == b->page_order) {
1057                 /*
1058                  * Our temporary buffer is the same size as the btree node's
1059                  * buffer, we can just swap buffers instead of doing a big
1060                  * memcpy()
1061                  */
1062
1063                 out->magic      = bset_magic(&b->c->sb);
1064                 out->seq        = b->sets[0].data->seq;
1065                 out->version    = b->sets[0].data->version;
1066                 swap(out, b->sets[0].data);
1067         } else {
1068                 b->sets[start].data->keys = out->keys;
1069                 memcpy(b->sets[start].data->start, out->start,
1070                        (void *) bset_bkey_last(out) - (void *) out->start);
1071         }
1072
1073         if (used_mempool)
1074                 mempool_free(virt_to_page(out), b->c->sort_pool);
1075         else
1076                 free_pages((unsigned long) out, order);
1077
1078         if (b->written)
1079                 bset_build_written_tree(b);
1080
1081         if (!start)
1082                 bch_time_stats_update(&b->c->sort_time, start_time);
1083 }
1084
1085 void bch_btree_sort_partial(struct btree *b, unsigned start)
1086 {
1087         size_t order = b->page_order, keys = 0;
1088         struct btree_iter iter;
1089         int oldsize = bch_count_data(b);
1090
1091         __bch_btree_iter_init(b, &iter, NULL, &b->sets[start]);
1092
1093         BUG_ON(b->sets[b->nsets].data == write_block(b) &&
1094                (b->sets[b->nsets].size || b->nsets));
1095
1096
1097         if (start) {
1098                 unsigned i;
1099
1100                 for (i = start; i <= b->nsets; i++)
1101                         keys += b->sets[i].data->keys;
1102
1103                 order = roundup_pow_of_two(__set_bytes(b->sets->data,
1104                                                        keys)) / PAGE_SIZE;
1105                 if (order)
1106                         order = ilog2(order);
1107         }
1108
1109         __btree_sort(b, &iter, start, order, false);
1110
1111         EBUG_ON(b->written && oldsize >= 0 && bch_count_data(b) != oldsize);
1112 }
1113
1114 void bch_btree_sort_and_fix_extents(struct btree *b, struct btree_iter *iter)
1115 {
1116         BUG_ON(!b->written);
1117         __btree_sort(b, iter, 0, b->page_order, true);
1118 }
1119
1120 void bch_btree_sort_into(struct btree *b, struct btree *new)
1121 {
1122         uint64_t start_time = local_clock();
1123
1124         struct btree_iter iter;
1125         bch_btree_iter_init(b, &iter, NULL);
1126
1127         btree_mergesort(b, new->sets->data, &iter, false, true);
1128
1129         bch_time_stats_update(&b->c->sort_time, start_time);
1130
1131         bkey_copy_key(&new->key, &b->key);
1132         new->sets->size = 0;
1133 }
1134
1135 #define SORT_CRIT       (4096 / sizeof(uint64_t))
1136
1137 void bch_btree_sort_lazy(struct btree *b)
1138 {
1139         unsigned crit = SORT_CRIT;
1140         int i;
1141
1142         /* Don't sort if nothing to do */
1143         if (!b->nsets)
1144                 goto out;
1145
1146         /* If not a leaf node, always sort */
1147         if (b->level) {
1148                 bch_btree_sort(b);
1149                 return;
1150         }
1151
1152         for (i = b->nsets - 1; i >= 0; --i) {
1153                 crit *= b->c->sort_crit_factor;
1154
1155                 if (b->sets[i].data->keys < crit) {
1156                         bch_btree_sort_partial(b, i);
1157                         return;
1158                 }
1159         }
1160
1161         /* Sort if we'd overflow */
1162         if (b->nsets + 1 == MAX_BSETS) {
1163                 bch_btree_sort(b);
1164                 return;
1165         }
1166
1167 out:
1168         bset_build_written_tree(b);
1169 }
1170
1171 /* Sysfs stuff */
1172
1173 struct bset_stats {
1174         struct btree_op op;
1175         size_t nodes;
1176         size_t sets_written, sets_unwritten;
1177         size_t bytes_written, bytes_unwritten;
1178         size_t floats, failed;
1179 };
1180
1181 static int btree_bset_stats(struct btree_op *op, struct btree *b)
1182 {
1183         struct bset_stats *stats = container_of(op, struct bset_stats, op);
1184         unsigned i;
1185
1186         stats->nodes++;
1187
1188         for (i = 0; i <= b->nsets; i++) {
1189                 struct bset_tree *t = &b->sets[i];
1190                 size_t bytes = t->data->keys * sizeof(uint64_t);
1191                 size_t j;
1192
1193                 if (bset_written(b, t)) {
1194                         stats->sets_written++;
1195                         stats->bytes_written += bytes;
1196
1197                         stats->floats += t->size - 1;
1198
1199                         for (j = 1; j < t->size; j++)
1200                                 if (t->tree[j].exponent == 127)
1201                                         stats->failed++;
1202                 } else {
1203                         stats->sets_unwritten++;
1204                         stats->bytes_unwritten += bytes;
1205                 }
1206         }
1207
1208         return MAP_CONTINUE;
1209 }
1210
1211 int bch_bset_print_stats(struct cache_set *c, char *buf)
1212 {
1213         struct bset_stats t;
1214         int ret;
1215
1216         memset(&t, 0, sizeof(struct bset_stats));
1217         bch_btree_op_init(&t.op, -1);
1218
1219         ret = bch_btree_map_nodes(&t.op, c, &ZERO_KEY, btree_bset_stats);
1220         if (ret < 0)
1221                 return ret;
1222
1223         return snprintf(buf, PAGE_SIZE,
1224                         "btree nodes:           %zu\n"
1225                         "written sets:          %zu\n"
1226                         "unwritten sets:                %zu\n"
1227                         "written key bytes:     %zu\n"
1228                         "unwritten key bytes:   %zu\n"
1229                         "floats:                        %zu\n"
1230                         "failed:                        %zu\n",
1231                         t.nodes,
1232                         t.sets_written, t.sets_unwritten,
1233                         t.bytes_written, t.bytes_unwritten,
1234                         t.floats, t.failed);
1235 }