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 void bch_keylist_copy(struct keylist *dest, struct keylist *src)
  18 {
  19         *dest = *src;
  20
  21         if (src->list == src->d) {
  22                 size_t n = (uint64_t *) src->top - src->d;
  23                 dest->top = (struct bkey *) &dest->d[n];
  24                 dest->list = dest->d;
  25         }
  26 }
  27
  28 int bch_keylist_realloc(struct keylist *l, int nptrs, struct cache_set *c)
  29 {
  30         unsigned oldsize = (uint64_t *) l->top - l->list;
  31         unsigned newsize = oldsize + 2 + nptrs;
  32         uint64_t *new;
  33
  34         /* The journalling code doesn't handle the case where the keys to insert
  35          * is bigger than an empty write: If we just return -ENOMEM here,
  36          * bio_insert() and bio_invalidate() will insert the keys created so far
  37          * and finish the rest when the keylist is empty.
  38          */
  39         if (newsize * sizeof(uint64_t) > block_bytes(c) - sizeof(struct jset))
  40                 return -ENOMEM;
  41
  42         newsize = roundup_pow_of_two(newsize);
  43
  44         if (newsize <= KEYLIST_INLINE ||
  45             roundup_pow_of_two(oldsize) == newsize)
  46                 return 0;
  47
  48         new = krealloc(l->list == l->d ? NULL : l->list,
  49                        sizeof(uint64_t) * newsize, GFP_NOIO);
  50
  51         if (!new)
  52                 return -ENOMEM;
  53
  54         if (l->list == l->d)
  55                 memcpy(new, l->list, sizeof(uint64_t) * KEYLIST_INLINE);
  56
  57         l->list = new;
  58         l->top = (struct bkey *) (&l->list[oldsize]);
  59
  60         return 0;
  61 }
  62
  63 struct bkey *bch_keylist_pop(struct keylist *l)
  64 {
  65         struct bkey *k = l->bottom;
  66
  67         if (k == l->top)
  68                 return NULL;
  69
  70         while (bkey_next(k) != l->top)
  71                 k = bkey_next(k);
  72
  73         return l->top = k;
  74 }
  75
  76 /* Pointer validation */
  77
  78 bool __bch_ptr_invalid(struct cache_set *c, int level, const struct bkey *k)
  79 {
  80         unsigned i;
  81
  82         if (level && (!KEY_PTRS(k) || !KEY_SIZE(k) || KEY_DIRTY(k)))
  83                 goto bad;
  84
  85         if (!level && KEY_SIZE(k) > KEY_OFFSET(k))
  86                 goto bad;
  87
  88         if (!KEY_SIZE(k))
  89                 return true;
  90
  91         for (i = 0; i < KEY_PTRS(k); i++)
  92                 if (ptr_available(c, k, i)) {
  93                         struct cache *ca = PTR_CACHE(c, k, i);
  94                         size_t bucket = PTR_BUCKET_NR(c, k, i);
  95                         size_t r = bucket_remainder(c, PTR_OFFSET(k, i));
  96
  97                         if (KEY_SIZE(k) + r > c->sb.bucket_size ||
  98                             bucket <  ca->sb.first_bucket ||
  99                             bucket >= ca->sb.nbuckets)
 100                                 goto bad;
 101                 }
 102
 103         return false;
 104 bad:
 105         cache_bug(c, "spotted bad key %s: %s", pkey(k), bch_ptr_status(c, k));
 106         return true;
 107 }
 108
 109 bool bch_ptr_bad(struct btree *b, const struct bkey *k)
 110 {
 111         struct bucket *g;
 112         unsigned i, stale;
 113
 114         if (!bkey_cmp(k, &ZERO_KEY) ||
 115             !KEY_PTRS(k) ||
 116             bch_ptr_invalid(b, k))
 117                 return true;
 118
 119         if (KEY_PTRS(k) && PTR_DEV(k, 0) == PTR_CHECK_DEV)
 120                 return true;
 121
 122         for (i = 0; i < KEY_PTRS(k); i++)
 123                 if (ptr_available(b->c, k, i)) {
 124                         g = PTR_BUCKET(b->c, k, i);
 125                         stale = ptr_stale(b->c, k, i);
 126
 127                         btree_bug_on(stale > 96, b,
 128                                      "key too stale: %i, need_gc %u",
 129                                      stale, b->c->need_gc);
 130
 131                         btree_bug_on(stale && KEY_DIRTY(k) && KEY_SIZE(k),
 132                                      b, "stale dirty pointer");
 133
 134                         if (stale)
 135                                 return true;
 136
 137 #ifdef CONFIG_BCACHE_EDEBUG
 138                         if (!mutex_trylock(&b->c->bucket_lock))
 139                                 continue;
 140
 141                         if (b->level) {
 142                                 if (KEY_DIRTY(k) ||
 143                                     g->prio != BTREE_PRIO ||
 144                                     (b->c->gc_mark_valid &&
 145                                      GC_MARK(g) != GC_MARK_METADATA))
 146                                         goto bug;
 147
 148                         } else {
 149                                 if (g->prio == BTREE_PRIO)
 150                                         goto bug;
 151
 152                                 if (KEY_DIRTY(k) &&
 153                                     b->c->gc_mark_valid &&
 154                                     GC_MARK(g) != GC_MARK_DIRTY)
 155                                         goto bug;
 156                         }
 157                         mutex_unlock(&b->c->bucket_lock);
 158 #endif
 159                 }
 160
 161         return false;
 162 #ifdef CONFIG_BCACHE_EDEBUG
 163 bug:
 164         mutex_unlock(&b->c->bucket_lock);
 165         btree_bug(b,
 166 "inconsistent pointer %s: bucket %zu pin %i prio %i gen %i last_gc %i mark %llu gc_gen %i",
 167                   pkey(k), PTR_BUCKET_NR(b->c, k, i), atomic_read(&g->pin),
 168                   g->prio, g->gen, g->last_gc, GC_MARK(g), g->gc_gen);
 169         return true;
 170 #endif
 171 }
 172
 173 /* Key/pointer manipulation */
 174
 175 void bch_bkey_copy_single_ptr(struct bkey *dest, const struct bkey *src,
 176                               unsigned i)
 177 {
 178         BUG_ON(i > KEY_PTRS(src));
 179
 180         /* Only copy the header, key, and one pointer. */
 181         memcpy(dest, src, 2 * sizeof(uint64_t));
 182         dest->ptr[0] = src->ptr[i];
 183         SET_KEY_PTRS(dest, 1);
 184         /* We didn't copy the checksum so clear that bit. */
 185         SET_KEY_CSUM(dest, 0);
 186 }
 187
 188 bool __bch_cut_front(const struct bkey *where, struct bkey *k)
 189 {
 190         unsigned i, len = 0;
 191
 192         if (bkey_cmp(where, &START_KEY(k)) <= 0)
 193                 return false;
 194
 195         if (bkey_cmp(where, k) < 0)
 196                 len = KEY_OFFSET(k) - KEY_OFFSET(where);
 197         else
 198                 bkey_copy_key(k, where);
 199
 200         for (i = 0; i < KEY_PTRS(k); i++)
 201                 SET_PTR_OFFSET(k, i, PTR_OFFSET(k, i) + KEY_SIZE(k) - len);
 202
 203         BUG_ON(len > KEY_SIZE(k));
 204         SET_KEY_SIZE(k, len);
 205         return true;
 206 }
 207
 208 bool __bch_cut_back(const struct bkey *where, struct bkey *k)
 209 {
 210         unsigned len = 0;
 211
 212         if (bkey_cmp(where, k) >= 0)
 213                 return false;
 214
 215         BUG_ON(KEY_INODE(where) != KEY_INODE(k));
 216
 217         if (bkey_cmp(where, &START_KEY(k)) > 0)
 218                 len = KEY_OFFSET(where) - KEY_START(k);
 219
 220         bkey_copy_key(k, where);
 221
 222         BUG_ON(len > KEY_SIZE(k));
 223         SET_KEY_SIZE(k, len);
 224         return true;
 225 }
 226
 227 static uint64_t merge_chksums(struct bkey *l, struct bkey *r)
 228 {
 229         return (l->ptr[KEY_PTRS(l)] + r->ptr[KEY_PTRS(r)]) &
 230                 ~((uint64_t)1 << 63);
 231 }
 232
 233 /* Tries to merge l and r: l should be lower than r
 234  * Returns true if we were able to merge. If we did merge, l will be the merged
 235  * key, r will be untouched.
 236  */
 237 bool bch_bkey_try_merge(struct btree *b, struct bkey *l, struct bkey *r)
 238 {
 239         unsigned i;
 240
 241         if (key_merging_disabled(b->c))
 242                 return false;
 243
 244         if (KEY_PTRS(l) != KEY_PTRS(r) ||
 245             KEY_DIRTY(l) != KEY_DIRTY(r) ||
 246             bkey_cmp(l, &START_KEY(r)))
 247                 return false;
 248
 249         for (i = 0; i < KEY_PTRS(l); i++)
 250                 if (l->ptr[i] + PTR(0, KEY_SIZE(l), 0) != r->ptr[i] ||
 251                     PTR_BUCKET_NR(b->c, l, i) != PTR_BUCKET_NR(b->c, r, i))
 252                         return false;
 253
 254         /* Keys with no pointers aren't restricted to one bucket and could
 255          * overflow KEY_SIZE
 256          */
 257         if (KEY_SIZE(l) + KEY_SIZE(r) > USHRT_MAX) {
 258                 SET_KEY_OFFSET(l, KEY_OFFSET(l) + USHRT_MAX - KEY_SIZE(l));
 259                 SET_KEY_SIZE(l, USHRT_MAX);
 260
 261                 bch_cut_front(l, r);
 262                 return false;
 263         }
 264
 265         if (KEY_CSUM(l)) {
 266                 if (KEY_CSUM(r))
 267                         l->ptr[KEY_PTRS(l)] = merge_chksums(l, r);
 268                 else
 269                         SET_KEY_CSUM(l, 0);
 270         }
 271
 272         SET_KEY_OFFSET(l, KEY_OFFSET(l) + KEY_SIZE(r));
 273         SET_KEY_SIZE(l, KEY_SIZE(l) + KEY_SIZE(r));
 274
 275         return true;
 276 }
 277
 278 /* Binary tree stuff for auxiliary search trees */
 279
 280 static unsigned inorder_next(unsigned j, unsigned size)
 281 {
 282         if (j * 2 + 1 < size) {
 283                 j = j * 2 + 1;
 284
 285                 while (j * 2 < size)
 286                         j *= 2;
 287         } else
 288                 j >>= ffz(j) + 1;
 289
 290         return j;
 291 }
 292
 293 static unsigned inorder_prev(unsigned j, unsigned size)
 294 {
 295         if (j * 2 < size) {
 296                 j = j * 2;
 297
 298                 while (j * 2 + 1 < size)
 299                         j = j * 2 + 1;
 300         } else
 301                 j >>= ffs(j);
 302
 303         return j;
 304 }
 305
 306 /* I have no idea why this code works... and I'm the one who wrote it
 307  *
 308  * However, I do know what it does:
 309  * Given a binary tree constructed in an array (i.e. how you normally implement
 310  * a heap), it converts a node in the tree - referenced by array index - to the
 311  * index it would have if you did an inorder traversal.
 312  *
 313  * Also tested for every j, size up to size somewhere around 6 million.
 314  *
 315  * The binary tree starts at array index 1, not 0
 316  * extra is a function of size:
 317  *   extra = (size - rounddown_pow_of_two(size - 1)) << 1;
 318  */
 319 static unsigned __to_inorder(unsigned j, unsigned size, unsigned extra)
 320 {
 321         unsigned b = fls(j);
 322         unsigned shift = fls(size - 1) - b;
 323
 324         j  ^= 1U << (b - 1);
 325         j <<= 1;
 326         j  |= 1;
 327         j <<= shift;
 328
 329         if (j > extra)
 330                 j -= (j - extra) >> 1;
 331
 332         return j;
 333 }
 334
 335 static unsigned to_inorder(unsigned j, struct bset_tree *t)
 336 {
 337         return __to_inorder(j, t->size, t->extra);
 338 }
 339
 340 static unsigned __inorder_to_tree(unsigned j, unsigned size, unsigned extra)
 341 {
 342         unsigned shift;
 343
 344         if (j > extra)
 345                 j += j - extra;
 346
 347         shift = ffs(j);
 348
 349         j >>= shift;
 350         j  |= roundup_pow_of_two(size) >> shift;
 351
 352         return j;
 353 }
 354
 355 static unsigned inorder_to_tree(unsigned j, struct bset_tree *t)
 356 {
 357         return __inorder_to_tree(j, t->size, t->extra);
 358 }
 359
 360 #if 0
 361 void inorder_test(void)
 362 {
 363         unsigned long done = 0;
 364         ktime_t start = ktime_get();
 365
 366         for (unsigned size = 2;
 367              size < 65536000;
 368              size++) {
 369                 unsigned extra = (size - rounddown_pow_of_two(size - 1)) << 1;
 370                 unsigned i = 1, j = rounddown_pow_of_two(size - 1);
 371
 372                 if (!(size % 4096))
 373                         printk(KERN_NOTICE "loop %u, %llu per us\n", size,
 374                                done / ktime_us_delta(ktime_get(), start));
 375
 376                 while (1) {
 377                         if (__inorder_to_tree(i, size, extra) != j)
 378                                 panic("size %10u j %10u i %10u", size, j, i);
 379
 380                         if (__to_inorder(j, size, extra) != i)
 381                                 panic("size %10u j %10u i %10u", size, j, i);
 382
 383                         if (j == rounddown_pow_of_two(size) - 1)
 384                                 break;
 385
 386                         BUG_ON(inorder_prev(inorder_next(j, size), size) != j);
 387
 388                         j = inorder_next(j, size);
 389                         i++;
 390                 }
 391
 392                 done += size - 1;
 393         }
 394 }
 395 #endif
 396
 397 /*
 398  * Cacheline/offset <-> bkey pointer arithmatic:
 399  *
 400  * t->tree is a binary search tree in an array; each node corresponds to a key
 401  * in one cacheline in t->set (BSET_CACHELINE bytes).
 402  *
 403  * This means we don't have to store the full index of the key that a node in
 404  * the binary tree points to; to_inorder() gives us the cacheline, and then
 405  * bkey_float->m gives us the offset within that cacheline, in units of 8 bytes.
 406  *
 407  * cacheline_to_bkey() and friends abstract out all the pointer arithmatic to
 408  * make this work.
 409  *
 410  * To construct the bfloat for an arbitrary key we need to know what the key
 411  * immediately preceding it is: we have to check if the two keys differ in the
 412  * bits we're going to store in bkey_float->mantissa. t->prev[j] stores the size
 413  * of the previous key so we can walk backwards to it from t->tree[j]'s key.
 414  */
 415
 416 static struct bkey *cacheline_to_bkey(struct bset_tree *t, unsigned cacheline,
 417                                       unsigned offset)
 418 {
 419         return ((void *) t->data) + cacheline * BSET_CACHELINE + offset * 8;
 420 }
 421
 422 static unsigned bkey_to_cacheline(struct bset_tree *t, struct bkey *k)
 423 {
 424         return ((void *) k - (void *) t->data) / BSET_CACHELINE;
 425 }
 426
 427 static unsigned bkey_to_cacheline_offset(struct bkey *k)
 428 {
 429         return ((size_t) k & (BSET_CACHELINE - 1)) / sizeof(uint64_t);
 430 }
 431
 432 static struct bkey *tree_to_bkey(struct bset_tree *t, unsigned j)
 433 {
 434         return cacheline_to_bkey(t, to_inorder(j, t), t->tree[j].m);
 435 }
 436
 437 static struct bkey *tree_to_prev_bkey(struct bset_tree *t, unsigned j)
 438 {
 439         return (void *) (((uint64_t *) tree_to_bkey(t, j)) - t->prev[j]);
 440 }
 441
 442 /*
 443  * For the write set - the one we're currently inserting keys into - we don't
 444  * maintain a full search tree, we just keep a simple lookup table in t->prev.
 445  */
 446 static struct bkey *table_to_bkey(struct bset_tree *t, unsigned cacheline)
 447 {
 448         return cacheline_to_bkey(t, cacheline, t->prev[cacheline]);
 449 }
 450
 451 static inline uint64_t shrd128(uint64_t high, uint64_t low, uint8_t shift)
 452 {
 453 #ifdef CONFIG_X86_64
 454         asm("shrd %[shift],%[high],%[low]"
 455             : [low] "+Rm" (low)
 456             : [high] "R" (high),
 457             [shift] "ci" (shift)
 458             : "cc");
 459 #else
 460         low >>= shift;
 461         low  |= (high << 1) << (63U - shift);
 462 #endif
 463         return low;
 464 }
 465
 466 static inline unsigned bfloat_mantissa(const struct bkey *k,
 467                                        struct bkey_float *f)
 468 {
 469         const uint64_t *p = &k->low - (f->exponent >> 6);
 470         return shrd128(p[-1], p[0], f->exponent & 63) & BKEY_MANTISSA_MASK;
 471 }
 472
 473 static void make_bfloat(struct bset_tree *t, unsigned j)
 474 {
 475         struct bkey_float *f = &t->tree[j];
 476         struct bkey *m = tree_to_bkey(t, j);
 477         struct bkey *p = tree_to_prev_bkey(t, j);
 478
 479         struct bkey *l = is_power_of_2(j)
 480                 ? t->data->start
 481                 : tree_to_prev_bkey(t, j >> ffs(j));
 482
 483         struct bkey *r = is_power_of_2(j + 1)
 484                 ? node(t->data, t->data->keys - bkey_u64s(&t->end))
 485                 : tree_to_bkey(t, j >> (ffz(j) + 1));
 486
 487         BUG_ON(m < l || m > r);
 488         BUG_ON(bkey_next(p) != m);
 489
 490         if (KEY_INODE(l) != KEY_INODE(r))
 491                 f->exponent = fls64(KEY_INODE(r) ^ KEY_INODE(l)) + 64;
 492         else
 493                 f->exponent = fls64(r->low ^ l->low);
 494
 495         f->exponent = max_t(int, f->exponent - BKEY_MANTISSA_BITS, 0);
 496
 497         /*
 498          * Setting f->exponent = 127 flags this node as failed, and causes the
 499          * lookup code to fall back to comparing against the original key.
 500          */
 501
 502         if (bfloat_mantissa(m, f) != bfloat_mantissa(p, f))
 503                 f->mantissa = bfloat_mantissa(m, f) - 1;
 504         else
 505                 f->exponent = 127;
 506 }
 507
 508 static void bset_alloc_tree(struct btree *b, struct bset_tree *t)
 509 {
 510         if (t != b->sets) {
 511                 unsigned j = roundup(t[-1].size,
 512                                      64 / sizeof(struct bkey_float));
 513
 514                 t->tree = t[-1].tree + j;
 515                 t->prev = t[-1].prev + j;
 516         }
 517
 518         while (t < b->sets + MAX_BSETS)
 519                 t++->size = 0;
 520 }
 521
 522 static void bset_build_unwritten_tree(struct btree *b)
 523 {
 524         struct bset_tree *t = b->sets + b->nsets;
 525
 526         bset_alloc_tree(b, t);
 527
 528         if (t->tree != b->sets->tree + bset_tree_space(b)) {
 529                 t->prev[0] = bkey_to_cacheline_offset(t->data->start);
 530                 t->size = 1;
 531         }
 532 }
 533
 534 static void bset_build_written_tree(struct btree *b)
 535 {
 536         struct bset_tree *t = b->sets + b->nsets;
 537         struct bkey *k = t->data->start;
 538         unsigned j, cacheline = 1;
 539
 540         bset_alloc_tree(b, t);
 541
 542         t->size = min_t(unsigned,
 543                         bkey_to_cacheline(t, end(t->data)),
 544                         b->sets->tree + bset_tree_space(b) - t->tree);
 545
 546         if (t->size < 2) {
 547                 t->size = 0;
 548                 return;
 549         }
 550
 551         t->extra = (t->size - rounddown_pow_of_two(t->size - 1)) << 1;
 552
 553         /* First we figure out where the first key in each cacheline is */
 554         for (j = inorder_next(0, t->size);
 555              j;
 556              j = inorder_next(j, t->size)) {
 557                 while (bkey_to_cacheline(t, k) != cacheline)
 558                         k = bkey_next(k);
 559
 560                 t->prev[j] = bkey_u64s(k);
 561                 k = bkey_next(k);
 562                 cacheline++;
 563                 t->tree[j].m = bkey_to_cacheline_offset(k);
 564         }
 565
 566         while (bkey_next(k) != end(t->data))
 567                 k = bkey_next(k);
 568
 569         t->end = *k;
 570
 571         /* Then we build the tree */
 572         for (j = inorder_next(0, t->size);
 573              j;
 574              j = inorder_next(j, t->size))
 575                 make_bfloat(t, j);
 576 }
 577
 578 void bch_bset_fix_invalidated_key(struct btree *b, struct bkey *k)
 579 {
 580         struct bset_tree *t;
 581         unsigned inorder, j = 1;
 582
 583         for (t = b->sets; t <= &b->sets[b->nsets]; t++)
 584                 if (k < end(t->data))
 585                         goto found_set;
 586
 587         BUG();
 588 found_set:
 589         if (!t->size || !bset_written(b, t))
 590                 return;
 591
 592         inorder = bkey_to_cacheline(t, k);
 593
 594         if (k == t->data->start)
 595                 goto fix_left;
 596
 597         if (bkey_next(k) == end(t->data)) {
 598                 t->end = *k;
 599                 goto fix_right;
 600         }
 601
 602         j = inorder_to_tree(inorder, t);
 603
 604         if (j &&
 605             j < t->size &&
 606             k == tree_to_bkey(t, j))
 607 fix_left:       do {
 608                         make_bfloat(t, j);
 609                         j = j * 2;
 610                 } while (j < t->size);
 611
 612         j = inorder_to_tree(inorder + 1, t);
 613
 614         if (j &&
 615             j < t->size &&
 616             k == tree_to_prev_bkey(t, j))
 617 fix_right:      do {
 618                         make_bfloat(t, j);
 619                         j = j * 2 + 1;
 620                 } while (j < t->size);
 621 }
 622
 623 void bch_bset_fix_lookup_table(struct btree *b, struct bkey *k)
 624 {
 625         struct bset_tree *t = &b->sets[b->nsets];
 626         unsigned shift = bkey_u64s(k);
 627         unsigned j = bkey_to_cacheline(t, k);
 628
 629         /* We're getting called from btree_split() or btree_gc, just bail out */
 630         if (!t->size)
 631                 return;
 632
 633         /* k is the key we just inserted; we need to find the entry in the
 634          * lookup table for the first key that is strictly greater than k:
 635          * it's either k's cacheline or the next one
 636          */
 637         if (j < t->size &&
 638             table_to_bkey(t, j) <= k)
 639                 j++;
 640
 641         /* Adjust all the lookup table entries, and find a new key for any that
 642          * have gotten too big
 643          */
 644         for (; j < t->size; j++) {
 645                 t->prev[j] += shift;
 646
 647                 if (t->prev[j] > 7) {
 648                         k = table_to_bkey(t, j - 1);
 649
 650                         while (k < cacheline_to_bkey(t, j, 0))
 651                                 k = bkey_next(k);
 652
 653                         t->prev[j] = bkey_to_cacheline_offset(k);
 654                 }
 655         }
 656
 657         if (t->size == b->sets->tree + bset_tree_space(b) - t->tree)
 658                 return;
 659
 660         /* Possibly add a new entry to the end of the lookup table */
 661
 662         for (k = table_to_bkey(t, t->size - 1);
 663              k != end(t->data);
 664              k = bkey_next(k))
 665                 if (t->size == bkey_to_cacheline(t, k)) {
 666                         t->prev[t->size] = bkey_to_cacheline_offset(k);
 667                         t->size++;
 668                 }
 669 }
 670
 671 void bch_bset_init_next(struct btree *b)
 672 {
 673         struct bset *i = write_block(b);
 674
 675         if (i != b->sets[0].data) {
 676                 b->sets[++b->nsets].data = i;
 677                 i->seq = b->sets[0].data->seq;
 678         } else
 679                 get_random_bytes(&i->seq, sizeof(uint64_t));
 680
 681         i->magic        = bset_magic(b->c);
 682         i->version      = 0;
 683         i->keys         = 0;
 684
 685         bset_build_unwritten_tree(b);
 686 }
 687
 688 struct bset_search_iter {
 689         struct bkey *l, *r;
 690 };
 691
 692 static struct bset_search_iter bset_search_write_set(struct btree *b,
 693                                                      struct bset_tree *t,
 694                                                      const struct bkey *search)
 695 {
 696         unsigned li = 0, ri = t->size;
 697
 698         BUG_ON(!b->nsets &&
 699                t->size < bkey_to_cacheline(t, end(t->data)));
 700
 701         while (li + 1 != ri) {
 702                 unsigned m = (li + ri) >> 1;
 703
 704                 if (bkey_cmp(table_to_bkey(t, m), search) > 0)
 705                         ri = m;
 706                 else
 707                         li = m;
 708         }
 709
 710         return (struct bset_search_iter) {
 711                 table_to_bkey(t, li),
 712                 ri < t->size ? table_to_bkey(t, ri) : end(t->data)
 713         };
 714 }
 715
 716 static struct bset_search_iter bset_search_tree(struct btree *b,
 717                                                 struct bset_tree *t,
 718                                                 const struct bkey *search)
 719 {
 720         struct bkey *l, *r;
 721         struct bkey_float *f;
 722         unsigned inorder, j, n = 1;
 723
 724         do {
 725                 unsigned p = n << 4;
 726                 p &= ((int) (p - t->size)) >> 31;
 727
 728                 prefetch(&t->tree[p]);
 729
 730                 j = n;
 731                 f = &t->tree[j];
 732
 733                 /*
 734                  * n = (f->mantissa > bfloat_mantissa())
 735                  *      ? j * 2
 736                  *      : j * 2 + 1;
 737                  *
 738                  * We need to subtract 1 from f->mantissa for the sign bit trick
 739                  * to work  - that's done in make_bfloat()
 740                  */
 741                 if (likely(f->exponent != 127))
 742                         n = j * 2 + (((unsigned)
 743                                       (f->mantissa -
 744                                        bfloat_mantissa(search, f))) >> 31);
 745                 else
 746                         n = (bkey_cmp(tree_to_bkey(t, j), search) > 0)
 747                                 ? j * 2
 748                                 : j * 2 + 1;
 749         } while (n < t->size);
 750
 751         inorder = to_inorder(j, t);
 752
 753         /*
 754          * n would have been the node we recursed to - the low bit tells us if
 755          * we recursed left or recursed right.
 756          */
 757         if (n & 1) {
 758                 l = cacheline_to_bkey(t, inorder, f->m);
 759
 760                 if (++inorder != t->size) {
 761                         f = &t->tree[inorder_next(j, t->size)];
 762                         r = cacheline_to_bkey(t, inorder, f->m);
 763                 } else
 764                         r = end(t->data);
 765         } else {
 766                 r = cacheline_to_bkey(t, inorder, f->m);
 767
 768                 if (--inorder) {
 769                         f = &t->tree[inorder_prev(j, t->size)];
 770                         l = cacheline_to_bkey(t, inorder, f->m);
 771                 } else
 772                         l = t->data->start;
 773         }
 774
 775         return (struct bset_search_iter) {l, r};
 776 }
 777
 778 struct bkey *__bch_bset_search(struct btree *b, struct bset_tree *t,
 779                                const struct bkey *search)
 780 {
 781         struct bset_search_iter i;
 782
 783         /*
 784          * First, we search for a cacheline, then lastly we do a linear search
 785          * within that cacheline.
 786          *
 787          * To search for the cacheline, there's three different possibilities:
 788          *  * The set is too small to have a search tree, so we just do a linear
 789          *    search over the whole set.
 790          *  * The set is the one we're currently inserting into; keeping a full
 791          *    auxiliary search tree up to date would be too expensive, so we
 792          *    use a much simpler lookup table to do a binary search -
 793          *    bset_search_write_set().
 794          *  * Or we use the auxiliary search tree we constructed earlier -
 795          *    bset_search_tree()
 796          */
 797
 798         if (unlikely(!t->size)) {
 799                 i.l = t->data->start;
 800                 i.r = end(t->data);
 801         } else if (bset_written(b, t)) {
 802                 /*
 803                  * Each node in the auxiliary search tree covers a certain range
 804                  * of bits, and keys above and below the set it covers might
 805                  * differ outside those bits - so we have to special case the
 806                  * start and end - handle that here:
 807                  */
 808
 809                 if (unlikely(bkey_cmp(search, &t->end) >= 0))
 810                         return end(t->data);
 811
 812                 if (unlikely(bkey_cmp(search, t->data->start) < 0))
 813                         return t->data->start;
 814
 815                 i = bset_search_tree(b, t, search);
 816         } else
 817                 i = bset_search_write_set(b, t, search);
 818
 819 #ifdef CONFIG_BCACHE_EDEBUG
 820         BUG_ON(bset_written(b, t) &&
 821                i.l != t->data->start &&
 822                bkey_cmp(tree_to_prev_bkey(t,
 823                   inorder_to_tree(bkey_to_cacheline(t, i.l), t)),
 824                         search) > 0);
 825
 826         BUG_ON(i.r != end(t->data) &&
 827                bkey_cmp(i.r, search) <= 0);
 828 #endif
 829
 830         while (likely(i.l != i.r) &&
 831                bkey_cmp(i.l, search) <= 0)
 832                 i.l = bkey_next(i.l);
 833
 834         return i.l;
 835 }
 836
 837 /* Btree iterator */
 838
 839 static inline bool btree_iter_cmp(struct btree_iter_set l,
 840                                   struct btree_iter_set r)
 841 {
 842         int64_t c = bkey_cmp(&START_KEY(l.k), &START_KEY(r.k));
 843
 844         return c ? c > 0 : l.k < r.k;
 845 }
 846
 847 static inline bool btree_iter_end(struct btree_iter *iter)
 848 {
 849         return !iter->used;
 850 }
 851
 852 void bch_btree_iter_push(struct btree_iter *iter, struct bkey *k,
 853                          struct bkey *end)
 854 {
 855         if (k != end)
 856                 BUG_ON(!heap_add(iter,
 857                                  ((struct btree_iter_set) { k, end }),
 858                                  btree_iter_cmp));
 859 }
 860
 861 struct bkey *__bch_btree_iter_init(struct btree *b, struct btree_iter *iter,
 862                                struct bkey *search, struct bset_tree *start)
 863 {
 864         struct bkey *ret = NULL;
 865         iter->size = ARRAY_SIZE(iter->data);
 866         iter->used = 0;
 867
 868         for (; start <= &b->sets[b->nsets]; start++) {
 869                 ret = bch_bset_search(b, start, search);
 870                 bch_btree_iter_push(iter, ret, end(start->data));
 871         }
 872
 873         return ret;
 874 }
 875
 876 struct bkey *bch_btree_iter_next(struct btree_iter *iter)
 877 {
 878         struct btree_iter_set unused;
 879         struct bkey *ret = NULL;
 880
 881         if (!btree_iter_end(iter)) {
 882                 ret = iter->data->k;
 883                 iter->data->k = bkey_next(iter->data->k);
 884
 885                 if (iter->data->k > iter->data->end) {
 886                         WARN_ONCE(1, "bset was corrupt!\n");
 887                         iter->data->k = iter->data->end;
 888                 }
 889
 890                 if (iter->data->k == iter->data->end)
 891                         heap_pop(iter, unused, btree_iter_cmp);
 892                 else
 893                         heap_sift(iter, 0, btree_iter_cmp);
 894         }
 895
 896         return ret;
 897 }
 898
 899 struct bkey *bch_btree_iter_next_filter(struct btree_iter *iter,
 900                                         struct btree *b, ptr_filter_fn fn)
 901 {
 902         struct bkey *ret;
 903
 904         do {
 905                 ret = bch_btree_iter_next(iter);
 906         } while (ret && fn(b, ret));
 907
 908         return ret;
 909 }
 910
 911 struct bkey *bch_next_recurse_key(struct btree *b, struct bkey *search)
 912 {
 913         struct btree_iter iter;
 914
 915         bch_btree_iter_init(b, &iter, search);
 916         return bch_btree_iter_next_filter(&iter, b, bch_ptr_bad);
 917 }
 918
 919 /* Mergesort */
 920
 921 static void sort_key_next(struct btree_iter *iter,
 922                           struct btree_iter_set *i)
 923 {
 924         i->k = bkey_next(i->k);
 925
 926         if (i->k == i->end)
 927                 *i = iter->data[--iter->used];
 928 }
 929
 930 static struct bkey *btree_sort_fixup(struct btree_iter *iter, struct bkey *tmp)
 931 {
 932         while (iter->used > 1) {
 933                 struct btree_iter_set *top = iter->data, *i = top + 1;
 934
 935                 if (iter->used > 2 &&
 936                     btree_iter_cmp(i[0], i[1]))
 937                         i++;
 938
 939                 if (bkey_cmp(top->k, &START_KEY(i->k)) <= 0)
 940                         break;
 941
 942                 if (!KEY_SIZE(i->k)) {
 943                         sort_key_next(iter, i);
 944                         heap_sift(iter, i - top, btree_iter_cmp);
 945                         continue;
 946                 }
 947
 948                 if (top->k > i->k) {
 949                         if (bkey_cmp(top->k, i->k) >= 0)
 950                                 sort_key_next(iter, i);
 951                         else
 952                                 bch_cut_front(top->k, i->k);
 953
 954                         heap_sift(iter, i - top, btree_iter_cmp);
 955                 } else {
 956                         /* can't happen because of comparison func */
 957                         BUG_ON(!bkey_cmp(&START_KEY(top->k), &START_KEY(i->k)));
 958
 959                         if (bkey_cmp(i->k, top->k) < 0) {
 960                                 bkey_copy(tmp, top->k);
 961
 962                                 bch_cut_back(&START_KEY(i->k), tmp);
 963                                 bch_cut_front(i->k, top->k);
 964                                 heap_sift(iter, 0, btree_iter_cmp);
 965
 966                                 return tmp;
 967                         } else {
 968                                 bch_cut_back(&START_KEY(i->k), top->k);
 969                         }
 970                 }
 971         }
 972
 973         return NULL;
 974 }
 975
 976 static void btree_mergesort(struct btree *b, struct bset *out,
 977                             struct btree_iter *iter,
 978                             bool fixup, bool remove_stale)
 979 {
 980         struct bkey *k, *last = NULL;
 981         BKEY_PADDED(k) tmp;
 982         bool (*bad)(struct btree *, const struct bkey *) = remove_stale
 983                 ? bch_ptr_bad
 984                 : bch_ptr_invalid;
 985
 986         while (!btree_iter_end(iter)) {
 987                 if (fixup && !b->level)
 988                         k = btree_sort_fixup(iter, &tmp.k);
 989                 else
 990                         k = NULL;
 991
 992                 if (!k)
 993                         k = bch_btree_iter_next(iter);
 994
 995                 if (bad(b, k))
 996                         continue;
 997
 998                 if (!last) {
 999                         last = out->start;
1000                         bkey_copy(last, k);
1001                 } else if (b->level ||
1002                            !bch_bkey_try_merge(b, last, k)) {
1003                         last = bkey_next(last);
1004                         bkey_copy(last, k);
1005                 }
1006         }
1007
1008         out->keys = last ? (uint64_t *) bkey_next(last) - out->d : 0;
1009
1010         pr_debug("sorted %i keys", out->keys);
1011         bch_check_key_order(b, out);
1012 }
1013
1014 static void __btree_sort(struct btree *b, struct btree_iter *iter,
1015                          unsigned start, unsigned order, bool fixup)
1016 {
1017         uint64_t start_time;
1018         bool remove_stale = !b->written;
1019         struct bset *out = (void *) __get_free_pages(__GFP_NOWARN|GFP_NOIO,
1020                                                      order);
1021         if (!out) {
1022                 mutex_lock(&b->c->sort_lock);
1023                 out = b->c->sort;
1024                 order = ilog2(bucket_pages(b->c));
1025         }
1026
1027         start_time = local_clock();
1028
1029         btree_mergesort(b, out, iter, fixup, remove_stale);
1030         b->nsets = start;
1031
1032         if (!fixup && !start && b->written)
1033                 bch_btree_verify(b, out);
1034
1035         if (!start && order == b->page_order) {
1036                 /*
1037                  * Our temporary buffer is the same size as the btree node's
1038                  * buffer, we can just swap buffers instead of doing a big
1039                  * memcpy()
1040                  */
1041
1042                 out->magic      = bset_magic(b->c);
1043                 out->seq        = b->sets[0].data->seq;
1044                 out->version    = b->sets[0].data->version;
1045                 swap(out, b->sets[0].data);
1046
1047                 if (b->c->sort == b->sets[0].data)
1048                         b->c->sort = out;
1049         } else {
1050                 b->sets[start].data->keys = out->keys;
1051                 memcpy(b->sets[start].data->start, out->start,
1052                        (void *) end(out) - (void *) out->start);
1053         }
1054
1055         if (out == b->c->sort)
1056                 mutex_unlock(&b->c->sort_lock);
1057         else
1058                 free_pages((unsigned long) out, order);
1059
1060         if (b->written)
1061                 bset_build_written_tree(b);
1062
1063         if (!start) {
1064                 spin_lock(&b->c->sort_time_lock);
1065                 bch_time_stats_update(&b->c->sort_time, start_time);
1066                 spin_unlock(&b->c->sort_time_lock);
1067         }
1068 }
1069
1070 void bch_btree_sort_partial(struct btree *b, unsigned start)
1071 {
1072         size_t oldsize = 0, order = b->page_order, keys = 0;
1073         struct btree_iter iter;
1074         __bch_btree_iter_init(b, &iter, NULL, &b->sets[start]);
1075
1076         BUG_ON(b->sets[b->nsets].data == write_block(b) &&
1077                (b->sets[b->nsets].size || b->nsets));
1078
1079         if (b->written)
1080                 oldsize = bch_count_data(b);
1081
1082         if (start) {
1083                 unsigned i;
1084
1085                 for (i = start; i <= b->nsets; i++)
1086                         keys += b->sets[i].data->keys;
1087
1088                 order = roundup_pow_of_two(__set_bytes(b->sets->data,
1089                                                        keys)) / PAGE_SIZE;
1090                 if (order)
1091                         order = ilog2(order);
1092         }
1093
1094         __btree_sort(b, &iter, start, order, false);
1095
1096         EBUG_ON(b->written && bch_count_data(b) != oldsize);
1097 }
1098
1099 void bch_btree_sort_and_fix_extents(struct btree *b, struct btree_iter *iter)
1100 {
1101         BUG_ON(!b->written);
1102         __btree_sort(b, iter, 0, b->page_order, true);
1103 }
1104
1105 void bch_btree_sort_into(struct btree *b, struct btree *new)
1106 {
1107         uint64_t start_time = local_clock();
1108
1109         struct btree_iter iter;
1110         bch_btree_iter_init(b, &iter, NULL);
1111
1112         btree_mergesort(b, new->sets->data, &iter, false, true);
1113
1114         spin_lock(&b->c->sort_time_lock);
1115         bch_time_stats_update(&b->c->sort_time, start_time);
1116         spin_unlock(&b->c->sort_time_lock);
1117
1118         bkey_copy_key(&new->key, &b->key);
1119         new->sets->size = 0;
1120 }
1121
1122 void bch_btree_sort_lazy(struct btree *b)
1123 {
1124         if (b->nsets) {
1125                 unsigned i, j, keys = 0, total;
1126
1127                 for (i = 0; i <= b->nsets; i++)
1128                         keys += b->sets[i].data->keys;
1129
1130                 total = keys;
1131
1132                 for (j = 0; j < b->nsets; j++) {
1133                         if (keys * 2 < total ||
1134                             keys < 1000) {
1135                                 bch_btree_sort_partial(b, j);
1136                                 return;
1137                         }
1138
1139                         keys -= b->sets[j].data->keys;
1140                 }
1141
1142                 /* Must sort if b->nsets == 3 or we'll overflow */
1143                 if (b->nsets >= (MAX_BSETS - 1) - b->level) {
1144                         bch_btree_sort(b);
1145                         return;
1146                 }
1147         }
1148
1149         bset_build_written_tree(b);
1150 }
1151
1152 /* Sysfs stuff */
1153
1154 struct bset_stats {
1155         size_t nodes;
1156         size_t sets_written, sets_unwritten;
1157         size_t bytes_written, bytes_unwritten;
1158         size_t floats, failed;
1159 };
1160
1161 static int bch_btree_bset_stats(struct btree *b, struct btree_op *op,
1162                             struct bset_stats *stats)
1163 {
1164         struct bkey *k;
1165         unsigned i;
1166
1167         stats->nodes++;
1168
1169         for (i = 0; i <= b->nsets; i++) {
1170                 struct bset_tree *t = &b->sets[i];
1171                 size_t bytes = t->data->keys * sizeof(uint64_t);
1172                 size_t j;
1173
1174                 if (bset_written(b, t)) {
1175                         stats->sets_written++;
1176                         stats->bytes_written += bytes;
1177
1178                         stats->floats += t->size - 1;
1179
1180                         for (j = 1; j < t->size; j++)
1181                                 if (t->tree[j].exponent == 127)
1182                                         stats->failed++;
1183                 } else {
1184                         stats->sets_unwritten++;
1185                         stats->bytes_unwritten += bytes;
1186                 }
1187         }
1188
1189         if (b->level) {
1190                 struct btree_iter iter;
1191
1192                 for_each_key_filter(b, k, &iter, bch_ptr_bad) {
1193                         int ret = btree(bset_stats, k, b, op, stats);
1194                         if (ret)
1195                                 return ret;
1196                 }
1197         }
1198
1199         return 0;
1200 }
1201
1202 int bch_bset_print_stats(struct cache_set *c, char *buf)
1203 {
1204         struct btree_op op;
1205         struct bset_stats t;
1206         int ret;
1207
1208         bch_btree_op_init_stack(&op);
1209         memset(&t, 0, sizeof(struct bset_stats));
1210
1211         ret = btree_root(bset_stats, c, &op, &t);
1212         if (ret)
1213                 return ret;
1214
1215         return snprintf(buf, PAGE_SIZE,
1216                         "btree nodes:           %zu\n"
1217                         "written sets:          %zu\n"
1218                         "unwritten sets:                %zu\n"
1219                         "written key bytes:     %zu\n"
1220                         "unwritten key bytes:   %zu\n"
1221                         "floats:                        %zu\n"
1222                         "failed:                        %zu\n",
1223                         t.nodes,
1224                         t.sets_written, t.sets_unwritten,
1225                         t.bytes_written, t.bytes_unwritten,
1226                         t.floats, t.failed);
1227 }