drivers/md/dm-snap.c

   1 /*
   2  * dm-snapshot.c
   3  *
   4  * Copyright (C) 2001-2002 Sistina Software (UK) Limited.
   5  *
   6  * This file is released under the GPL.
   7  */
   8
   9 #include <linux/blkdev.h>
  10 #include <linux/device-mapper.h>
  11 #include <linux/delay.h>
  12 #include <linux/fs.h>
  13 #include <linux/init.h>
  14 #include <linux/kdev_t.h>
  15 #include <linux/list.h>
  16 #include <linux/mempool.h>
  17 #include <linux/module.h>
  18 #include <linux/slab.h>
  19 #include <linux/vmalloc.h>
  20 #include <linux/log2.h>
  21 #include <linux/dm-kcopyd.h>
  22 #include <linux/workqueue.h>
  23
  24 #include "dm-exception-store.h"
  25 #include "dm-bio-list.h"
  26
  27 #define DM_MSG_PREFIX "snapshots"
  28
  29 /*
  30  * The percentage increment we will wake up users at
  31  */
  32 #define WAKE_UP_PERCENT 5
  33
  34 /*
  35  * kcopyd priority of snapshot operations
  36  */
  37 #define SNAPSHOT_COPY_PRIORITY 2
  38
  39 /*
  40  * Reserve 1MB for each snapshot initially (with minimum of 1 page).
  41  */
  42 #define SNAPSHOT_PAGES (((1UL << 20) >> PAGE_SHIFT) ? : 1)
  43
  44 /*
  45  * The size of the mempool used to track chunks in use.
  46  */
  47 #define MIN_IOS 256
  48
  49 #define DM_TRACKED_CHUNK_HASH_SIZE      16
  50 #define DM_TRACKED_CHUNK_HASH(x)        ((unsigned long)(x) & \
  51                                          (DM_TRACKED_CHUNK_HASH_SIZE - 1))
  52
  53 struct exception_table {
  54         uint32_t hash_mask;
  55         unsigned hash_shift;
  56         struct list_head *table;
  57 };
  58
  59 struct dm_snapshot {
  60         struct rw_semaphore lock;
  61
  62         struct dm_dev *origin;
  63
  64         /* List of snapshots per Origin */
  65         struct list_head list;
  66
  67         /* You can't use a snapshot if this is 0 (e.g. if full) */
  68         int valid;
  69
  70         /* Origin writes don't trigger exceptions until this is set */
  71         int active;
  72
  73         mempool_t *pending_pool;
  74
  75         atomic_t pending_exceptions_count;
  76
  77         struct exception_table pending;
  78         struct exception_table complete;
  79
  80         /*
  81          * pe_lock protects all pending_exception operations and access
  82          * as well as the snapshot_bios list.
  83          */
  84         spinlock_t pe_lock;
  85
  86         /* The on disk metadata handler */
  87         struct dm_exception_store *store;
  88
  89         struct dm_kcopyd_client *kcopyd_client;
  90
  91         /* Queue of snapshot writes for ksnapd to flush */
  92         struct bio_list queued_bios;
  93         struct work_struct queued_bios_work;
  94
  95         /* Chunks with outstanding reads */
  96         mempool_t *tracked_chunk_pool;
  97         spinlock_t tracked_chunk_lock;
  98         struct hlist_head tracked_chunk_hash[DM_TRACKED_CHUNK_HASH_SIZE];
  99 };
 100
 101 static struct workqueue_struct *ksnapd;
 102 static void flush_queued_bios(struct work_struct *work);
 103
 104 static sector_t chunk_to_sector(struct dm_exception_store *store,
 105                                 chunk_t chunk)
 106 {
 107         return chunk << store->chunk_shift;
 108 }
 109
 110 static int bdev_equal(struct block_device *lhs, struct block_device *rhs)
 111 {
 112         /*
 113          * There is only ever one instance of a particular block
 114          * device so we can compare pointers safely.
 115          */
 116         return lhs == rhs;
 117 }
 118
 119 struct dm_snap_pending_exception {
 120         struct dm_snap_exception e;
 121
 122         /*
 123          * Origin buffers waiting for this to complete are held
 124          * in a bio list
 125          */
 126         struct bio_list origin_bios;
 127         struct bio_list snapshot_bios;
 128
 129         /*
 130          * Short-term queue of pending exceptions prior to submission.
 131          */
 132         struct list_head list;
 133
 134         /*
 135          * The primary pending_exception is the one that holds
 136          * the ref_count and the list of origin_bios for a
 137          * group of pending_exceptions.  It is always last to get freed.
 138          * These fields get set up when writing to the origin.
 139          */
 140         struct dm_snap_pending_exception *primary_pe;
 141
 142         /*
 143          * Number of pending_exceptions processing this chunk.
 144          * When this drops to zero we must complete the origin bios.
 145          * If incrementing or decrementing this, hold pe->snap->lock for
 146          * the sibling concerned and not pe->primary_pe->snap->lock unless
 147          * they are the same.
 148          */
 149         atomic_t ref_count;
 150
 151         /* Pointer back to snapshot context */
 152         struct dm_snapshot *snap;
 153
 154         /*
 155          * 1 indicates the exception has already been sent to
 156          * kcopyd.
 157          */
 158         int started;
 159 };
 160
 161 /*
 162  * Hash table mapping origin volumes to lists of snapshots and
 163  * a lock to protect it
 164  */
 165 static struct kmem_cache *exception_cache;
 166 static struct kmem_cache *pending_cache;
 167
 168 struct dm_snap_tracked_chunk {
 169         struct hlist_node node;
 170         chunk_t chunk;
 171 };
 172
 173 static struct kmem_cache *tracked_chunk_cache;
 174
 175 static struct dm_snap_tracked_chunk *track_chunk(struct dm_snapshot *s,
 176                                                  chunk_t chunk)
 177 {
 178         struct dm_snap_tracked_chunk *c = mempool_alloc(s->tracked_chunk_pool,
 179                                                         GFP_NOIO);
 180         unsigned long flags;
 181
 182         c->chunk = chunk;
 183
 184         spin_lock_irqsave(&s->tracked_chunk_lock, flags);
 185         hlist_add_head(&c->node,
 186                        &s->tracked_chunk_hash[DM_TRACKED_CHUNK_HASH(chunk)]);
 187         spin_unlock_irqrestore(&s->tracked_chunk_lock, flags);
 188
 189         return c;
 190 }
 191
 192 static void stop_tracking_chunk(struct dm_snapshot *s,
 193                                 struct dm_snap_tracked_chunk *c)
 194 {
 195         unsigned long flags;
 196
 197         spin_lock_irqsave(&s->tracked_chunk_lock, flags);
 198         hlist_del(&c->node);
 199         spin_unlock_irqrestore(&s->tracked_chunk_lock, flags);
 200
 201         mempool_free(c, s->tracked_chunk_pool);
 202 }
 203
 204 static int __chunk_is_tracked(struct dm_snapshot *s, chunk_t chunk)
 205 {
 206         struct dm_snap_tracked_chunk *c;
 207         struct hlist_node *hn;
 208         int found = 0;
 209
 210         spin_lock_irq(&s->tracked_chunk_lock);
 211
 212         hlist_for_each_entry(c, hn,
 213             &s->tracked_chunk_hash[DM_TRACKED_CHUNK_HASH(chunk)], node) {
 214                 if (c->chunk == chunk) {
 215                         found = 1;
 216                         break;
 217                 }
 218         }
 219
 220         spin_unlock_irq(&s->tracked_chunk_lock);
 221
 222         return found;
 223 }
 224
 225 /*
 226  * One of these per registered origin, held in the snapshot_origins hash
 227  */
 228 struct origin {
 229         /* The origin device */
 230         struct block_device *bdev;
 231
 232         struct list_head hash_list;
 233
 234         /* List of snapshots for this origin */
 235         struct list_head snapshots;
 236 };
 237
 238 /*
 239  * Size of the hash table for origin volumes. If we make this
 240  * the size of the minors list then it should be nearly perfect
 241  */
 242 #define ORIGIN_HASH_SIZE 256
 243 #define ORIGIN_MASK      0xFF
 244 static struct list_head *_origins;
 245 static struct rw_semaphore _origins_lock;
 246
 247 static int init_origin_hash(void)
 248 {
 249         int i;
 250
 251         _origins = kmalloc(ORIGIN_HASH_SIZE * sizeof(struct list_head),
 252                            GFP_KERNEL);
 253         if (!_origins) {
 254                 DMERR("unable to allocate memory");
 255                 return -ENOMEM;
 256         }
 257
 258         for (i = 0; i < ORIGIN_HASH_SIZE; i++)
 259                 INIT_LIST_HEAD(_origins + i);
 260         init_rwsem(&_origins_lock);
 261
 262         return 0;
 263 }
 264
 265 static void exit_origin_hash(void)
 266 {
 267         kfree(_origins);
 268 }
 269
 270 static unsigned origin_hash(struct block_device *bdev)
 271 {
 272         return bdev->bd_dev & ORIGIN_MASK;
 273 }
 274
 275 static struct origin *__lookup_origin(struct block_device *origin)
 276 {
 277         struct list_head *ol;
 278         struct origin *o;
 279
 280         ol = &_origins[origin_hash(origin)];
 281         list_for_each_entry (o, ol, hash_list)
 282                 if (bdev_equal(o->bdev, origin))
 283                         return o;
 284
 285         return NULL;
 286 }
 287
 288 static void __insert_origin(struct origin *o)
 289 {
 290         struct list_head *sl = &_origins[origin_hash(o->bdev)];
 291         list_add_tail(&o->hash_list, sl);
 292 }
 293
 294 /*
 295  * Make a note of the snapshot and its origin so we can look it
 296  * up when the origin has a write on it.
 297  */
 298 static int register_snapshot(struct dm_snapshot *snap)
 299 {
 300         struct origin *o, *new_o;
 301         struct block_device *bdev = snap->origin->bdev;
 302
 303         new_o = kmalloc(sizeof(*new_o), GFP_KERNEL);
 304         if (!new_o)
 305                 return -ENOMEM;
 306
 307         down_write(&_origins_lock);
 308         o = __lookup_origin(bdev);
 309
 310         if (o)
 311                 kfree(new_o);
 312         else {
 313                 /* New origin */
 314                 o = new_o;
 315
 316                 /* Initialise the struct */
 317                 INIT_LIST_HEAD(&o->snapshots);
 318                 o->bdev = bdev;
 319
 320                 __insert_origin(o);
 321         }
 322
 323         list_add_tail(&snap->list, &o->snapshots);
 324
 325         up_write(&_origins_lock);
 326         return 0;
 327 }
 328
 329 static void unregister_snapshot(struct dm_snapshot *s)
 330 {
 331         struct origin *o;
 332
 333         down_write(&_origins_lock);
 334         o = __lookup_origin(s->origin->bdev);
 335
 336         list_del(&s->list);
 337         if (list_empty(&o->snapshots)) {
 338                 list_del(&o->hash_list);
 339                 kfree(o);
 340         }
 341
 342         up_write(&_origins_lock);
 343 }
 344
 345 /*
 346  * Implementation of the exception hash tables.
 347  * The lowest hash_shift bits of the chunk number are ignored, allowing
 348  * some consecutive chunks to be grouped together.
 349  */
 350 static int init_exception_table(struct exception_table *et, uint32_t size,
 351                                 unsigned hash_shift)
 352 {
 353         unsigned int i;
 354
 355         et->hash_shift = hash_shift;
 356         et->hash_mask = size - 1;
 357         et->table = dm_vcalloc(size, sizeof(struct list_head));
 358         if (!et->table)
 359                 return -ENOMEM;
 360
 361         for (i = 0; i < size; i++)
 362                 INIT_LIST_HEAD(et->table + i);
 363
 364         return 0;
 365 }
 366
 367 static void exit_exception_table(struct exception_table *et, struct kmem_cache *mem)
 368 {
 369         struct list_head *slot;
 370         struct dm_snap_exception *ex, *next;
 371         int i, size;
 372
 373         size = et->hash_mask + 1;
 374         for (i = 0; i < size; i++) {
 375                 slot = et->table + i;
 376
 377                 list_for_each_entry_safe (ex, next, slot, hash_list)
 378                         kmem_cache_free(mem, ex);
 379         }
 380
 381         vfree(et->table);
 382 }
 383
 384 static uint32_t exception_hash(struct exception_table *et, chunk_t chunk)
 385 {
 386         return (chunk >> et->hash_shift) & et->hash_mask;
 387 }
 388
 389 static void insert_exception(struct exception_table *eh,
 390                              struct dm_snap_exception *e)
 391 {
 392         struct list_head *l = &eh->table[exception_hash(eh, e->old_chunk)];
 393         list_add(&e->hash_list, l);
 394 }
 395
 396 static void remove_exception(struct dm_snap_exception *e)
 397 {
 398         list_del(&e->hash_list);
 399 }
 400
 401 /*
 402  * Return the exception data for a sector, or NULL if not
 403  * remapped.
 404  */
 405 static struct dm_snap_exception *lookup_exception(struct exception_table *et,
 406                                                   chunk_t chunk)
 407 {
 408         struct list_head *slot;
 409         struct dm_snap_exception *e;
 410
 411         slot = &et->table[exception_hash(et, chunk)];
 412         list_for_each_entry (e, slot, hash_list)
 413                 if (chunk >= e->old_chunk &&
 414                     chunk <= e->old_chunk + dm_consecutive_chunk_count(e))
 415                         return e;
 416
 417         return NULL;
 418 }
 419
 420 static struct dm_snap_exception *alloc_exception(void)
 421 {
 422         struct dm_snap_exception *e;
 423
 424         e = kmem_cache_alloc(exception_cache, GFP_NOIO);
 425         if (!e)
 426                 e = kmem_cache_alloc(exception_cache, GFP_ATOMIC);
 427
 428         return e;
 429 }
 430
 431 static void free_exception(struct dm_snap_exception *e)
 432 {
 433         kmem_cache_free(exception_cache, e);
 434 }
 435
 436 static struct dm_snap_pending_exception *alloc_pending_exception(struct dm_snapshot *s)
 437 {
 438         struct dm_snap_pending_exception *pe = mempool_alloc(s->pending_pool,
 439                                                              GFP_NOIO);
 440
 441         atomic_inc(&s->pending_exceptions_count);
 442         pe->snap = s;
 443
 444         return pe;
 445 }
 446
 447 static void free_pending_exception(struct dm_snap_pending_exception *pe)
 448 {
 449         struct dm_snapshot *s = pe->snap;
 450
 451         mempool_free(pe, s->pending_pool);
 452         smp_mb__before_atomic_dec();
 453         atomic_dec(&s->pending_exceptions_count);
 454 }
 455
 456 static void insert_completed_exception(struct dm_snapshot *s,
 457                                        struct dm_snap_exception *new_e)
 458 {
 459         struct exception_table *eh = &s->complete;
 460         struct list_head *l;
 461         struct dm_snap_exception *e = NULL;
 462
 463         l = &eh->table[exception_hash(eh, new_e->old_chunk)];
 464
 465         /* Add immediately if this table doesn't support consecutive chunks */
 466         if (!eh->hash_shift)
 467                 goto out;
 468
 469         /* List is ordered by old_chunk */
 470         list_for_each_entry_reverse(e, l, hash_list) {
 471                 /* Insert after an existing chunk? */
 472                 if (new_e->old_chunk == (e->old_chunk +
 473                                          dm_consecutive_chunk_count(e) + 1) &&
 474                     new_e->new_chunk == (dm_chunk_number(e->new_chunk) +
 475                                          dm_consecutive_chunk_count(e) + 1)) {
 476                         dm_consecutive_chunk_count_inc(e);
 477                         free_exception(new_e);
 478                         return;
 479                 }
 480
 481                 /* Insert before an existing chunk? */
 482                 if (new_e->old_chunk == (e->old_chunk - 1) &&
 483                     new_e->new_chunk == (dm_chunk_number(e->new_chunk) - 1)) {
 484                         dm_consecutive_chunk_count_inc(e);
 485                         e->old_chunk--;
 486                         e->new_chunk--;
 487                         free_exception(new_e);
 488                         return;
 489                 }
 490
 491                 if (new_e->old_chunk > e->old_chunk)
 492                         break;
 493         }
 494
 495 out:
 496         list_add(&new_e->hash_list, e ? &e->hash_list : l);
 497 }
 498
 499 /*
 500  * Callback used by the exception stores to load exceptions when
 501  * initialising.
 502  */
 503 static int dm_add_exception(void *context, chunk_t old, chunk_t new)
 504 {
 505         struct dm_snapshot *s = context;
 506         struct dm_snap_exception *e;
 507
 508         e = alloc_exception();
 509         if (!e)
 510                 return -ENOMEM;
 511
 512         e->old_chunk = old;
 513
 514         /* Consecutive_count is implicitly initialised to zero */
 515         e->new_chunk = new;
 516
 517         insert_completed_exception(s, e);
 518
 519         return 0;
 520 }
 521
 522 /*
 523  * Hard coded magic.
 524  */
 525 static int calc_max_buckets(void)
 526 {
 527         /* use a fixed size of 2MB */
 528         unsigned long mem = 2 * 1024 * 1024;
 529         mem /= sizeof(struct list_head);
 530
 531         return mem;
 532 }
 533
 534 /*
 535  * Allocate room for a suitable hash table.
 536  */
 537 static int init_hash_tables(struct dm_snapshot *s)
 538 {
 539         sector_t hash_size, cow_dev_size, origin_dev_size, max_buckets;
 540
 541         /*
 542          * Calculate based on the size of the original volume or
 543          * the COW volume...
 544          */
 545         cow_dev_size = get_dev_size(s->store->cow->bdev);
 546         origin_dev_size = get_dev_size(s->origin->bdev);
 547         max_buckets = calc_max_buckets();
 548
 549         hash_size = min(origin_dev_size, cow_dev_size) >> s->store->chunk_shift;
 550         hash_size = min(hash_size, max_buckets);
 551
 552         hash_size = rounddown_pow_of_two(hash_size);
 553         if (init_exception_table(&s->complete, hash_size,
 554                                  DM_CHUNK_CONSECUTIVE_BITS))
 555                 return -ENOMEM;
 556
 557         /*
 558          * Allocate hash table for in-flight exceptions
 559          * Make this smaller than the real hash table
 560          */
 561         hash_size >>= 3;
 562         if (hash_size < 64)
 563                 hash_size = 64;
 564
 565         if (init_exception_table(&s->pending, hash_size, 0)) {
 566                 exit_exception_table(&s->complete, exception_cache);
 567                 return -ENOMEM;
 568         }
 569
 570         return 0;
 571 }
 572
 573 /*
 574  * Construct a snapshot mapping: <origin_dev> <COW-dev> <p/n> <chunk-size>
 575  */
 576 static int snapshot_ctr(struct dm_target *ti, unsigned int argc, char **argv)
 577 {
 578         struct dm_snapshot *s;
 579         int i;
 580         int r = -EINVAL;
 581         char *origin_path;
 582         struct dm_exception_store *store;
 583         unsigned args_used;
 584
 585         if (argc != 4) {
 586                 ti->error = "requires exactly 4 arguments";
 587                 r = -EINVAL;
 588                 goto bad_args;
 589         }
 590
 591         origin_path = argv[0];
 592         argv++;
 593         argc--;
 594
 595         r = dm_exception_store_create(ti, argc, argv, &args_used, &store);
 596         if (r) {
 597                 ti->error = "Couldn't create exception store";
 598                 r = -EINVAL;
 599                 goto bad_args;
 600         }
 601
 602         argv += args_used;
 603         argc -= args_used;
 604
 605         s = kmalloc(sizeof(*s), GFP_KERNEL);
 606         if (!s) {
 607                 ti->error = "Cannot allocate snapshot context private "
 608                     "structure";
 609                 r = -ENOMEM;
 610                 goto bad_snap;
 611         }
 612
 613         r = dm_get_device(ti, origin_path, 0, ti->len, FMODE_READ, &s->origin);
 614         if (r) {
 615                 ti->error = "Cannot get origin device";
 616                 goto bad_origin;
 617         }
 618
 619         s->store = store;
 620         s->valid = 1;
 621         s->active = 0;
 622         atomic_set(&s->pending_exceptions_count, 0);
 623         init_rwsem(&s->lock);
 624         spin_lock_init(&s->pe_lock);
 625
 626         /* Allocate hash table for COW data */
 627         if (init_hash_tables(s)) {
 628                 ti->error = "Unable to allocate hash table space";
 629                 r = -ENOMEM;
 630                 goto bad_hash_tables;
 631         }
 632
 633         r = dm_kcopyd_client_create(SNAPSHOT_PAGES, &s->kcopyd_client);
 634         if (r) {
 635                 ti->error = "Could not create kcopyd client";
 636                 goto bad_kcopyd;
 637         }
 638
 639         s->pending_pool = mempool_create_slab_pool(MIN_IOS, pending_cache);
 640         if (!s->pending_pool) {
 641                 ti->error = "Could not allocate mempool for pending exceptions";
 642                 goto bad_pending_pool;
 643         }
 644
 645         s->tracked_chunk_pool = mempool_create_slab_pool(MIN_IOS,
 646                                                          tracked_chunk_cache);
 647         if (!s->tracked_chunk_pool) {
 648                 ti->error = "Could not allocate tracked_chunk mempool for "
 649                             "tracking reads";
 650                 goto bad_tracked_chunk_pool;
 651         }
 652
 653         for (i = 0; i < DM_TRACKED_CHUNK_HASH_SIZE; i++)
 654                 INIT_HLIST_HEAD(&s->tracked_chunk_hash[i]);
 655
 656         spin_lock_init(&s->tracked_chunk_lock);
 657
 658         /* Metadata must only be loaded into one table at once */
 659         r = s->store->type->read_metadata(s->store, dm_add_exception,
 660                                           (void *)s);
 661         if (r < 0) {
 662                 ti->error = "Failed to read snapshot metadata";
 663                 goto bad_load_and_register;
 664         } else if (r > 0) {
 665                 s->valid = 0;
 666                 DMWARN("Snapshot is marked invalid.");
 667         }
 668
 669         bio_list_init(&s->queued_bios);
 670         INIT_WORK(&s->queued_bios_work, flush_queued_bios);
 671
 672         /* Add snapshot to the list of snapshots for this origin */
 673         /* Exceptions aren't triggered till snapshot_resume() is called */
 674         if (register_snapshot(s)) {
 675                 r = -EINVAL;
 676                 ti->error = "Cannot register snapshot origin";
 677                 goto bad_load_and_register;
 678         }
 679
 680         ti->private = s;
 681         ti->split_io = s->store->chunk_size;
 682
 683         return 0;
 684
 685 bad_load_and_register:
 686         mempool_destroy(s->tracked_chunk_pool);
 687
 688 bad_tracked_chunk_pool:
 689         mempool_destroy(s->pending_pool);
 690
 691 bad_pending_pool:
 692         dm_kcopyd_client_destroy(s->kcopyd_client);
 693
 694 bad_kcopyd:
 695         exit_exception_table(&s->pending, pending_cache);
 696         exit_exception_table(&s->complete, exception_cache);
 697
 698 bad_hash_tables:
 699         dm_put_device(ti, s->origin);
 700
 701 bad_origin:
 702         kfree(s);
 703
 704 bad_snap:
 705         dm_exception_store_destroy(store);
 706
 707 bad_args:
 708         return r;
 709 }
 710
 711 static void __free_exceptions(struct dm_snapshot *s)
 712 {
 713         dm_kcopyd_client_destroy(s->kcopyd_client);
 714         s->kcopyd_client = NULL;
 715
 716         exit_exception_table(&s->pending, pending_cache);
 717         exit_exception_table(&s->complete, exception_cache);
 718 }
 719
 720 static void snapshot_dtr(struct dm_target *ti)
 721 {
 722 #ifdef CONFIG_DM_DEBUG
 723         int i;
 724 #endif
 725         struct dm_snapshot *s = ti->private;
 726
 727         flush_workqueue(ksnapd);
 728
 729         /* Prevent further origin writes from using this snapshot. */
 730         /* After this returns there can be no new kcopyd jobs. */
 731         unregister_snapshot(s);
 732
 733         while (atomic_read(&s->pending_exceptions_count))
 734                 msleep(1);
 735         /*
 736          * Ensure instructions in mempool_destroy aren't reordered
 737          * before atomic_read.
 738          */
 739         smp_mb();
 740
 741 #ifdef CONFIG_DM_DEBUG
 742         for (i = 0; i < DM_TRACKED_CHUNK_HASH_SIZE; i++)
 743                 BUG_ON(!hlist_empty(&s->tracked_chunk_hash[i]));
 744 #endif
 745
 746         mempool_destroy(s->tracked_chunk_pool);
 747
 748         __free_exceptions(s);
 749
 750         mempool_destroy(s->pending_pool);
 751
 752         dm_put_device(ti, s->origin);
 753
 754         dm_exception_store_destroy(s->store);
 755
 756         kfree(s);
 757 }
 758
 759 /*
 760  * Flush a list of buffers.
 761  */
 762 static void flush_bios(struct bio *bio)
 763 {
 764         struct bio *n;
 765
 766         while (bio) {
 767                 n = bio->bi_next;
 768                 bio->bi_next = NULL;
 769                 generic_make_request(bio);
 770                 bio = n;
 771         }
 772 }
 773
 774 static void flush_queued_bios(struct work_struct *work)
 775 {
 776         struct dm_snapshot *s =
 777                 container_of(work, struct dm_snapshot, queued_bios_work);
 778         struct bio *queued_bios;
 779         unsigned long flags;
 780
 781         spin_lock_irqsave(&s->pe_lock, flags);
 782         queued_bios = bio_list_get(&s->queued_bios);
 783         spin_unlock_irqrestore(&s->pe_lock, flags);
 784
 785         flush_bios(queued_bios);
 786 }
 787
 788 /*
 789  * Error a list of buffers.
 790  */
 791 static void error_bios(struct bio *bio)
 792 {
 793         struct bio *n;
 794
 795         while (bio) {
 796                 n = bio->bi_next;
 797                 bio->bi_next = NULL;
 798                 bio_io_error(bio);
 799                 bio = n;
 800         }
 801 }
 802
 803 static void __invalidate_snapshot(struct dm_snapshot *s, int err)
 804 {
 805         if (!s->valid)
 806                 return;
 807
 808         if (err == -EIO)
 809                 DMERR("Invalidating snapshot: Error reading/writing.");
 810         else if (err == -ENOMEM)
 811                 DMERR("Invalidating snapshot: Unable to allocate exception.");
 812
 813         if (s->store->type->drop_snapshot)
 814                 s->store->type->drop_snapshot(s->store);
 815
 816         s->valid = 0;
 817
 818         dm_table_event(s->store->ti->table);
 819 }
 820
 821 static void get_pending_exception(struct dm_snap_pending_exception *pe)
 822 {
 823         atomic_inc(&pe->ref_count);
 824 }
 825
 826 static struct bio *put_pending_exception(struct dm_snap_pending_exception *pe)
 827 {
 828         struct dm_snap_pending_exception *primary_pe;
 829         struct bio *origin_bios = NULL;
 830
 831         primary_pe = pe->primary_pe;
 832
 833         /*
 834          * If this pe is involved in a write to the origin and
 835          * it is the last sibling to complete then release
 836          * the bios for the original write to the origin.
 837          */
 838         if (primary_pe &&
 839             atomic_dec_and_test(&primary_pe->ref_count)) {
 840                 origin_bios = bio_list_get(&primary_pe->origin_bios);
 841                 free_pending_exception(primary_pe);
 842         }
 843
 844         /*
 845          * Free the pe if it's not linked to an origin write or if
 846          * it's not itself a primary pe.
 847          */
 848         if (!primary_pe || primary_pe != pe)
 849                 free_pending_exception(pe);
 850
 851         return origin_bios;
 852 }
 853
 854 static void pending_complete(struct dm_snap_pending_exception *pe, int success)
 855 {
 856         struct dm_snap_exception *e;
 857         struct dm_snapshot *s = pe->snap;
 858         struct bio *origin_bios = NULL;
 859         struct bio *snapshot_bios = NULL;
 860         int error = 0;
 861
 862         if (!success) {
 863                 /* Read/write error - snapshot is unusable */
 864                 down_write(&s->lock);
 865                 __invalidate_snapshot(s, -EIO);
 866                 error = 1;
 867                 goto out;
 868         }
 869
 870         e = alloc_exception();
 871         if (!e) {
 872                 down_write(&s->lock);
 873                 __invalidate_snapshot(s, -ENOMEM);
 874                 error = 1;
 875                 goto out;
 876         }
 877         *e = pe->e;
 878
 879         down_write(&s->lock);
 880         if (!s->valid) {
 881                 free_exception(e);
 882                 error = 1;
 883                 goto out;
 884         }
 885
 886         /*
 887          * Check for conflicting reads. This is extremely improbable,
 888          * so msleep(1) is sufficient and there is no need for a wait queue.
 889          */
 890         while (__chunk_is_tracked(s, pe->e.old_chunk))
 891                 msleep(1);
 892
 893         /*
 894          * Add a proper exception, and remove the
 895          * in-flight exception from the list.
 896          */
 897         insert_completed_exception(s, e);
 898
 899  out:
 900         remove_exception(&pe->e);
 901         snapshot_bios = bio_list_get(&pe->snapshot_bios);
 902         origin_bios = put_pending_exception(pe);
 903
 904         up_write(&s->lock);
 905
 906         /* Submit any pending write bios */
 907         if (error)
 908                 error_bios(snapshot_bios);
 909         else
 910                 flush_bios(snapshot_bios);
 911
 912         flush_bios(origin_bios);
 913 }
 914
 915 static void commit_callback(void *context, int success)
 916 {
 917         struct dm_snap_pending_exception *pe = context;
 918
 919         pending_complete(pe, success);
 920 }
 921
 922 /*
 923  * Called when the copy I/O has finished.  kcopyd actually runs
 924  * this code so don't block.
 925  */
 926 static void copy_callback(int read_err, unsigned long write_err, void *context)
 927 {
 928         struct dm_snap_pending_exception *pe = context;
 929         struct dm_snapshot *s = pe->snap;
 930
 931         if (read_err || write_err)
 932                 pending_complete(pe, 0);
 933
 934         else
 935                 /* Update the metadata if we are persistent */
 936                 s->store->type->commit_exception(s->store, &pe->e,
 937                                                  commit_callback, pe);
 938 }
 939
 940 /*
 941  * Dispatches the copy operation to kcopyd.
 942  */
 943 static void start_copy(struct dm_snap_pending_exception *pe)
 944 {
 945         struct dm_snapshot *s = pe->snap;
 946         struct dm_io_region src, dest;
 947         struct block_device *bdev = s->origin->bdev;
 948         sector_t dev_size;
 949
 950         dev_size = get_dev_size(bdev);
 951
 952         src.bdev = bdev;
 953         src.sector = chunk_to_sector(s->store, pe->e.old_chunk);
 954         src.count = min(s->store->chunk_size, dev_size - src.sector);
 955
 956         dest.bdev = s->store->cow->bdev;
 957         dest.sector = chunk_to_sector(s->store, pe->e.new_chunk);
 958         dest.count = src.count;
 959
 960         /* Hand over to kcopyd */
 961         dm_kcopyd_copy(s->kcopyd_client,
 962                     &src, 1, &dest, 0, copy_callback, pe);
 963 }
 964
 965 static struct dm_snap_pending_exception *
 966 __lookup_pending_exception(struct dm_snapshot *s, chunk_t chunk)
 967 {
 968         struct dm_snap_exception *e = lookup_exception(&s->pending, chunk);
 969
 970         if (!e)
 971                 return NULL;
 972
 973         return container_of(e, struct dm_snap_pending_exception, e);
 974 }
 975
 976 /*
 977  * Looks to see if this snapshot already has a pending exception
 978  * for this chunk, otherwise it allocates a new one and inserts
 979  * it into the pending table.
 980  *
 981  * NOTE: a write lock must be held on snap->lock before calling
 982  * this.
 983  */
 984 static struct dm_snap_pending_exception *
 985 __find_pending_exception(struct dm_snapshot *s,
 986                          struct dm_snap_pending_exception *pe, chunk_t chunk)
 987 {
 988         struct dm_snap_pending_exception *pe2;
 989
 990         pe2 = __lookup_pending_exception(s, chunk);
 991         if (pe2) {
 992                 free_pending_exception(pe);
 993                 return pe2;
 994         }
 995
 996         pe->e.old_chunk = chunk;
 997         bio_list_init(&pe->origin_bios);
 998         bio_list_init(&pe->snapshot_bios);
 999         pe->primary_pe = NULL;
1000         atomic_set(&pe->ref_count, 0);
1001         pe->started = 0;
1002
1003         if (s->store->type->prepare_exception(s->store, &pe->e)) {
1004                 free_pending_exception(pe);
1005                 return NULL;
1006         }
1007
1008         get_pending_exception(pe);
1009         insert_exception(&s->pending, &pe->e);
1010
1011         return pe;
1012 }
1013
1014 static void remap_exception(struct dm_snapshot *s, struct dm_snap_exception *e,
1015                             struct bio *bio, chunk_t chunk)
1016 {
1017         bio->bi_bdev = s->store->cow->bdev;
1018         bio->bi_sector = chunk_to_sector(s->store,
1019                                          dm_chunk_number(e->new_chunk) +
1020                                          (chunk - e->old_chunk)) +
1021                                          (bio->bi_sector &
1022                                           s->store->chunk_mask);
1023 }
1024
1025 static int snapshot_map(struct dm_target *ti, struct bio *bio,
1026                         union map_info *map_context)
1027 {
1028         struct dm_snap_exception *e;
1029         struct dm_snapshot *s = ti->private;
1030         int r = DM_MAPIO_REMAPPED;
1031         chunk_t chunk;
1032         struct dm_snap_pending_exception *pe = NULL;
1033
1034         chunk = sector_to_chunk(s->store, bio->bi_sector);
1035
1036         /* Full snapshots are not usable */
1037         /* To get here the table must be live so s->active is always set. */
1038         if (!s->valid)
1039                 return -EIO;
1040
1041         /* FIXME: should only take write lock if we need
1042          * to copy an exception */
1043         down_write(&s->lock);
1044
1045         if (!s->valid) {
1046                 r = -EIO;
1047                 goto out_unlock;
1048         }
1049
1050         /* If the block is already remapped - use that, else remap it */
1051         e = lookup_exception(&s->complete, chunk);
1052         if (e) {
1053                 remap_exception(s, e, bio, chunk);
1054                 goto out_unlock;
1055         }
1056
1057         /*
1058          * Write to snapshot - higher level takes care of RW/RO
1059          * flags so we should only get this if we are
1060          * writeable.
1061          */
1062         if (bio_rw(bio) == WRITE) {
1063                 pe = __lookup_pending_exception(s, chunk);
1064                 if (!pe) {
1065                         up_write(&s->lock);
1066                         pe = alloc_pending_exception(s);
1067                         down_write(&s->lock);
1068
1069                         if (!s->valid) {
1070                                 free_pending_exception(pe);
1071                                 r = -EIO;
1072                                 goto out_unlock;
1073                         }
1074
1075                         e = lookup_exception(&s->complete, chunk);
1076                         if (e) {
1077                                 free_pending_exception(pe);
1078                                 remap_exception(s, e, bio, chunk);
1079                                 goto out_unlock;
1080                         }
1081
1082                         pe = __find_pending_exception(s, pe, chunk);
1083                         if (!pe) {
1084                                 __invalidate_snapshot(s, -ENOMEM);
1085                                 r = -EIO;
1086                                 goto out_unlock;
1087                         }
1088                 }
1089
1090                 remap_exception(s, &pe->e, bio, chunk);
1091                 bio_list_add(&pe->snapshot_bios, bio);
1092
1093                 r = DM_MAPIO_SUBMITTED;
1094
1095                 if (!pe->started) {
1096                         /* this is protected by snap->lock */
1097                         pe->started = 1;
1098                         up_write(&s->lock);
1099                         start_copy(pe);
1100                         goto out;
1101                 }
1102         } else {
1103                 bio->bi_bdev = s->origin->bdev;
1104                 map_context->ptr = track_chunk(s, chunk);
1105         }
1106
1107  out_unlock:
1108         up_write(&s->lock);
1109  out:
1110         return r;
1111 }
1112
1113 static int snapshot_end_io(struct dm_target *ti, struct bio *bio,
1114                            int error, union map_info *map_context)
1115 {
1116         struct dm_snapshot *s = ti->private;
1117         struct dm_snap_tracked_chunk *c = map_context->ptr;
1118
1119         if (c)
1120                 stop_tracking_chunk(s, c);
1121
1122         return 0;
1123 }
1124
1125 static void snapshot_resume(struct dm_target *ti)
1126 {
1127         struct dm_snapshot *s = ti->private;
1128
1129         down_write(&s->lock);
1130         s->active = 1;
1131         up_write(&s->lock);
1132 }
1133
1134 static int snapshot_status(struct dm_target *ti, status_type_t type,
1135                            char *result, unsigned int maxlen)
1136 {
1137         unsigned sz = 0;
1138         struct dm_snapshot *snap = ti->private;
1139
1140         switch (type) {
1141         case STATUSTYPE_INFO:
1142                 if (!snap->valid)
1143                         DMEMIT("Invalid");
1144                 else {
1145                         if (snap->store->type->fraction_full) {
1146                                 sector_t numerator, denominator;
1147                                 snap->store->type->fraction_full(snap->store,
1148                                                                  &numerator,
1149                                                                  &denominator);
1150                                 DMEMIT("%llu/%llu",
1151                                        (unsigned long long)numerator,
1152                                        (unsigned long long)denominator);
1153                         }
1154                         else
1155                                 DMEMIT("Unknown");
1156                 }
1157                 break;
1158
1159         case STATUSTYPE_TABLE:
1160                 /*
1161                  * kdevname returns a static pointer so we need
1162                  * to make private copies if the output is to
1163                  * make sense.
1164                  */
1165                 DMEMIT("%s", snap->origin->name);
1166                 snap->store->type->status(snap->store, type, result + sz,
1167                                           maxlen - sz);
1168                 break;
1169         }
1170
1171         return 0;
1172 }
1173
1174 /*-----------------------------------------------------------------
1175  * Origin methods
1176  *---------------------------------------------------------------*/
1177 static int __origin_write(struct list_head *snapshots, struct bio *bio)
1178 {
1179         int r = DM_MAPIO_REMAPPED, first = 0;
1180         struct dm_snapshot *snap;
1181         struct dm_snap_exception *e;
1182         struct dm_snap_pending_exception *pe, *next_pe, *primary_pe = NULL;
1183         chunk_t chunk;
1184         LIST_HEAD(pe_queue);
1185
1186         /* Do all the snapshots on this origin */
1187         list_for_each_entry (snap, snapshots, list) {
1188
1189                 down_write(&snap->lock);
1190
1191                 /* Only deal with valid and active snapshots */
1192                 if (!snap->valid || !snap->active)
1193                         goto next_snapshot;
1194
1195                 /* Nothing to do if writing beyond end of snapshot */
1196                 if (bio->bi_sector >= dm_table_get_size(snap->store->ti->table))
1197                         goto next_snapshot;
1198
1199                 /*
1200                  * Remember, different snapshots can have
1201                  * different chunk sizes.
1202                  */
1203                 chunk = sector_to_chunk(snap->store, bio->bi_sector);
1204
1205                 /*
1206                  * Check exception table to see if block
1207                  * is already remapped in this snapshot
1208                  * and trigger an exception if not.
1209                  *
1210                  * ref_count is initialised to 1 so pending_complete()
1211                  * won't destroy the primary_pe while we're inside this loop.
1212                  */
1213                 e = lookup_exception(&snap->complete, chunk);
1214                 if (e)
1215                         goto next_snapshot;
1216
1217                 pe = __lookup_pending_exception(snap, chunk);
1218                 if (!pe) {
1219                         up_write(&snap->lock);
1220                         pe = alloc_pending_exception(snap);
1221                         down_write(&snap->lock);
1222
1223                         if (!snap->valid) {
1224                                 free_pending_exception(pe);
1225                                 goto next_snapshot;
1226                         }
1227
1228                         e = lookup_exception(&snap->complete, chunk);
1229                         if (e) {
1230                                 free_pending_exception(pe);
1231                                 goto next_snapshot;
1232                         }
1233
1234                         pe = __find_pending_exception(snap, pe, chunk);
1235                         if (!pe) {
1236                                 __invalidate_snapshot(snap, -ENOMEM);
1237                                 goto next_snapshot;
1238                         }
1239                 }
1240
1241                 if (!primary_pe) {
1242                         /*
1243                          * Either every pe here has same
1244                          * primary_pe or none has one yet.
1245                          */
1246                         if (pe->primary_pe)
1247                                 primary_pe = pe->primary_pe;
1248                         else {
1249                                 primary_pe = pe;
1250                                 first = 1;
1251                         }
1252
1253                         bio_list_add(&primary_pe->origin_bios, bio);
1254
1255                         r = DM_MAPIO_SUBMITTED;
1256                 }
1257
1258                 if (!pe->primary_pe) {
1259                         pe->primary_pe = primary_pe;
1260                         get_pending_exception(primary_pe);
1261                 }
1262
1263                 if (!pe->started) {
1264                         pe->started = 1;
1265                         list_add_tail(&pe->list, &pe_queue);
1266                 }
1267
1268  next_snapshot:
1269                 up_write(&snap->lock);
1270         }
1271
1272         if (!primary_pe)
1273                 return r;
1274
1275         /*
1276          * If this is the first time we're processing this chunk and
1277          * ref_count is now 1 it means all the pending exceptions
1278          * got completed while we were in the loop above, so it falls to
1279          * us here to remove the primary_pe and submit any origin_bios.
1280          */
1281
1282         if (first && atomic_dec_and_test(&primary_pe->ref_count)) {
1283                 flush_bios(bio_list_get(&primary_pe->origin_bios));
1284                 free_pending_exception(primary_pe);
1285                 /* If we got here, pe_queue is necessarily empty. */
1286                 return r;
1287         }
1288
1289         /*
1290          * Now that we have a complete pe list we can start the copying.
1291          */
1292         list_for_each_entry_safe(pe, next_pe, &pe_queue, list)
1293                 start_copy(pe);
1294
1295         return r;
1296 }
1297
1298 /*
1299  * Called on a write from the origin driver.
1300  */
1301 static int do_origin(struct dm_dev *origin, struct bio *bio)
1302 {
1303         struct origin *o;
1304         int r = DM_MAPIO_REMAPPED;
1305
1306         down_read(&_origins_lock);
1307         o = __lookup_origin(origin->bdev);
1308         if (o)
1309                 r = __origin_write(&o->snapshots, bio);
1310         up_read(&_origins_lock);
1311
1312         return r;
1313 }
1314
1315 /*
1316  * Origin: maps a linear range of a device, with hooks for snapshotting.
1317  */
1318
1319 /*
1320  * Construct an origin mapping: <dev_path>
1321  * The context for an origin is merely a 'struct dm_dev *'
1322  * pointing to the real device.
1323  */
1324 static int origin_ctr(struct dm_target *ti, unsigned int argc, char **argv)
1325 {
1326         int r;
1327         struct dm_dev *dev;
1328
1329         if (argc != 1) {
1330                 ti->error = "origin: incorrect number of arguments";
1331                 return -EINVAL;
1332         }
1333
1334         r = dm_get_device(ti, argv[0], 0, ti->len,
1335                           dm_table_get_mode(ti->table), &dev);
1336         if (r) {
1337                 ti->error = "Cannot get target device";
1338                 return r;
1339         }
1340
1341         ti->private = dev;
1342         return 0;
1343 }
1344
1345 static void origin_dtr(struct dm_target *ti)
1346 {
1347         struct dm_dev *dev = ti->private;
1348         dm_put_device(ti, dev);
1349 }
1350
1351 static int origin_map(struct dm_target *ti, struct bio *bio,
1352                       union map_info *map_context)
1353 {
1354         struct dm_dev *dev = ti->private;
1355         bio->bi_bdev = dev->bdev;
1356
1357         /* Only tell snapshots if this is a write */
1358         return (bio_rw(bio) == WRITE) ? do_origin(dev, bio) : DM_MAPIO_REMAPPED;
1359 }
1360
1361 #define min_not_zero(l, r) (l == 0) ? r : ((r == 0) ? l : min(l, r))
1362
1363 /*
1364  * Set the target "split_io" field to the minimum of all the snapshots'
1365  * chunk sizes.
1366  */
1367 static void origin_resume(struct dm_target *ti)
1368 {
1369         struct dm_dev *dev = ti->private;
1370         struct dm_snapshot *snap;
1371         struct origin *o;
1372         chunk_t chunk_size = 0;
1373
1374         down_read(&_origins_lock);
1375         o = __lookup_origin(dev->bdev);
1376         if (o)
1377                 list_for_each_entry (snap, &o->snapshots, list)
1378                         chunk_size = min_not_zero(chunk_size,
1379                                                   snap->store->chunk_size);
1380         up_read(&_origins_lock);
1381
1382         ti->split_io = chunk_size;
1383 }
1384
1385 static int origin_status(struct dm_target *ti, status_type_t type, char *result,
1386                          unsigned int maxlen)
1387 {
1388         struct dm_dev *dev = ti->private;
1389
1390         switch (type) {
1391         case STATUSTYPE_INFO:
1392                 result[0] = '\0';
1393                 break;
1394
1395         case STATUSTYPE_TABLE:
1396                 snprintf(result, maxlen, "%s", dev->name);
1397                 break;
1398         }
1399
1400         return 0;
1401 }
1402
1403 static struct target_type origin_target = {
1404         .name    = "snapshot-origin",
1405         .version = {1, 6, 0},
1406         .module  = THIS_MODULE,
1407         .ctr     = origin_ctr,
1408         .dtr     = origin_dtr,
1409         .map     = origin_map,
1410         .resume  = origin_resume,
1411         .status  = origin_status,
1412 };
1413
1414 static struct target_type snapshot_target = {
1415         .name    = "snapshot",
1416         .version = {1, 6, 0},
1417         .module  = THIS_MODULE,
1418         .ctr     = snapshot_ctr,
1419         .dtr     = snapshot_dtr,
1420         .map     = snapshot_map,
1421         .end_io  = snapshot_end_io,
1422         .resume  = snapshot_resume,
1423         .status  = snapshot_status,
1424 };
1425
1426 static int __init dm_snapshot_init(void)
1427 {
1428         int r;
1429
1430         r = dm_exception_store_init();
1431         if (r) {
1432                 DMERR("Failed to initialize exception stores");
1433                 return r;
1434         }
1435
1436         r = dm_register_target(&snapshot_target);
1437         if (r) {
1438                 DMERR("snapshot target register failed %d", r);
1439                 return r;
1440         }
1441
1442         r = dm_register_target(&origin_target);
1443         if (r < 0) {
1444                 DMERR("Origin target register failed %d", r);
1445                 goto bad1;
1446         }
1447
1448         r = init_origin_hash();
1449         if (r) {
1450                 DMERR("init_origin_hash failed.");
1451                 goto bad2;
1452         }
1453
1454         exception_cache = KMEM_CACHE(dm_snap_exception, 0);
1455         if (!exception_cache) {
1456                 DMERR("Couldn't create exception cache.");
1457                 r = -ENOMEM;
1458                 goto bad3;
1459         }
1460
1461         pending_cache = KMEM_CACHE(dm_snap_pending_exception, 0);
1462         if (!pending_cache) {
1463                 DMERR("Couldn't create pending cache.");
1464                 r = -ENOMEM;
1465                 goto bad4;
1466         }
1467
1468         tracked_chunk_cache = KMEM_CACHE(dm_snap_tracked_chunk, 0);
1469         if (!tracked_chunk_cache) {
1470                 DMERR("Couldn't create cache to track chunks in use.");
1471                 r = -ENOMEM;
1472                 goto bad5;
1473         }
1474
1475         ksnapd = create_singlethread_workqueue("ksnapd");
1476         if (!ksnapd) {
1477                 DMERR("Failed to create ksnapd workqueue.");
1478                 r = -ENOMEM;
1479                 goto bad_pending_pool;
1480         }
1481
1482         return 0;
1483
1484 bad_pending_pool:
1485         kmem_cache_destroy(tracked_chunk_cache);
1486 bad5:
1487         kmem_cache_destroy(pending_cache);
1488 bad4:
1489         kmem_cache_destroy(exception_cache);
1490 bad3:
1491         exit_origin_hash();
1492 bad2:
1493         dm_unregister_target(&origin_target);
1494 bad1:
1495         dm_unregister_target(&snapshot_target);
1496         return r;
1497 }
1498
1499 static void __exit dm_snapshot_exit(void)
1500 {
1501         destroy_workqueue(ksnapd);
1502
1503         dm_unregister_target(&snapshot_target);
1504         dm_unregister_target(&origin_target);
1505
1506         exit_origin_hash();
1507         kmem_cache_destroy(pending_cache);
1508         kmem_cache_destroy(exception_cache);
1509         kmem_cache_destroy(tracked_chunk_cache);
1510
1511         dm_exception_store_exit();
1512 }
1513
1514 /* Module hooks */
1515 module_init(dm_snapshot_init);
1516 module_exit(dm_snapshot_exit);
1517
1518 MODULE_DESCRIPTION(DM_NAME " snapshot target");
1519 MODULE_AUTHOR("Joe Thornber");
1520 MODULE_LICENSE("GPL");