dm raid1: abstract get_valid_mirror function
[safe/jmp/linux-2.6] / 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
26 #define DM_MSG_PREFIX "snapshots"
27
28 /*
29  * The percentage increment we will wake up users at
30  */
31 #define WAKE_UP_PERCENT 5
32
33 /*
34  * kcopyd priority of snapshot operations
35  */
36 #define SNAPSHOT_COPY_PRIORITY 2
37
38 /*
39  * Reserve 1MB for each snapshot initially (with minimum of 1 page).
40  */
41 #define SNAPSHOT_PAGES (((1UL << 20) >> PAGE_SHIFT) ? : 1)
42
43 /*
44  * The size of the mempool used to track chunks in use.
45  */
46 #define MIN_IOS 256
47
48 #define DM_TRACKED_CHUNK_HASH_SIZE      16
49 #define DM_TRACKED_CHUNK_HASH(x)        ((unsigned long)(x) & \
50                                          (DM_TRACKED_CHUNK_HASH_SIZE - 1))
51
52 struct exception_table {
53         uint32_t hash_mask;
54         unsigned hash_shift;
55         struct list_head *table;
56 };
57
58 struct dm_snapshot {
59         struct rw_semaphore lock;
60
61         struct dm_dev *origin;
62
63         /* List of snapshots per Origin */
64         struct list_head list;
65
66         /* You can't use a snapshot if this is 0 (e.g. if full) */
67         int valid;
68
69         /* Origin writes don't trigger exceptions until this is set */
70         int active;
71
72         mempool_t *pending_pool;
73
74         atomic_t pending_exceptions_count;
75
76         struct exception_table pending;
77         struct exception_table complete;
78
79         /*
80          * pe_lock protects all pending_exception operations and access
81          * as well as the snapshot_bios list.
82          */
83         spinlock_t pe_lock;
84
85         /* The on disk metadata handler */
86         struct dm_exception_store *store;
87
88         struct dm_kcopyd_client *kcopyd_client;
89
90         /* Queue of snapshot writes for ksnapd to flush */
91         struct bio_list queued_bios;
92         struct work_struct queued_bios_work;
93
94         /* Chunks with outstanding reads */
95         mempool_t *tracked_chunk_pool;
96         spinlock_t tracked_chunk_lock;
97         struct hlist_head tracked_chunk_hash[DM_TRACKED_CHUNK_HASH_SIZE];
98 };
99
100 static struct workqueue_struct *ksnapd;
101 static void flush_queued_bios(struct work_struct *work);
102
103 static sector_t chunk_to_sector(struct dm_exception_store *store,
104                                 chunk_t chunk)
105 {
106         return chunk << store->chunk_shift;
107 }
108
109 static int bdev_equal(struct block_device *lhs, struct block_device *rhs)
110 {
111         /*
112          * There is only ever one instance of a particular block
113          * device so we can compare pointers safely.
114          */
115         return lhs == rhs;
116 }
117
118 struct dm_snap_pending_exception {
119         struct dm_snap_exception e;
120
121         /*
122          * Origin buffers waiting for this to complete are held
123          * in a bio list
124          */
125         struct bio_list origin_bios;
126         struct bio_list snapshot_bios;
127
128         /*
129          * Short-term queue of pending exceptions prior to submission.
130          */
131         struct list_head list;
132
133         /*
134          * The primary pending_exception is the one that holds
135          * the ref_count and the list of origin_bios for a
136          * group of pending_exceptions.  It is always last to get freed.
137          * These fields get set up when writing to the origin.
138          */
139         struct dm_snap_pending_exception *primary_pe;
140
141         /*
142          * Number of pending_exceptions processing this chunk.
143          * When this drops to zero we must complete the origin bios.
144          * If incrementing or decrementing this, hold pe->snap->lock for
145          * the sibling concerned and not pe->primary_pe->snap->lock unless
146          * they are the same.
147          */
148         atomic_t ref_count;
149
150         /* Pointer back to snapshot context */
151         struct dm_snapshot *snap;
152
153         /*
154          * 1 indicates the exception has already been sent to
155          * kcopyd.
156          */
157         int started;
158 };
159
160 /*
161  * Hash table mapping origin volumes to lists of snapshots and
162  * a lock to protect it
163  */
164 static struct kmem_cache *exception_cache;
165 static struct kmem_cache *pending_cache;
166
167 struct dm_snap_tracked_chunk {
168         struct hlist_node node;
169         chunk_t chunk;
170 };
171
172 static struct kmem_cache *tracked_chunk_cache;
173
174 static struct dm_snap_tracked_chunk *track_chunk(struct dm_snapshot *s,
175                                                  chunk_t chunk)
176 {
177         struct dm_snap_tracked_chunk *c = mempool_alloc(s->tracked_chunk_pool,
178                                                         GFP_NOIO);
179         unsigned long flags;
180
181         c->chunk = chunk;
182
183         spin_lock_irqsave(&s->tracked_chunk_lock, flags);
184         hlist_add_head(&c->node,
185                        &s->tracked_chunk_hash[DM_TRACKED_CHUNK_HASH(chunk)]);
186         spin_unlock_irqrestore(&s->tracked_chunk_lock, flags);
187
188         return c;
189 }
190
191 static void stop_tracking_chunk(struct dm_snapshot *s,
192                                 struct dm_snap_tracked_chunk *c)
193 {
194         unsigned long flags;
195
196         spin_lock_irqsave(&s->tracked_chunk_lock, flags);
197         hlist_del(&c->node);
198         spin_unlock_irqrestore(&s->tracked_chunk_lock, flags);
199
200         mempool_free(c, s->tracked_chunk_pool);
201 }
202
203 static int __chunk_is_tracked(struct dm_snapshot *s, chunk_t chunk)
204 {
205         struct dm_snap_tracked_chunk *c;
206         struct hlist_node *hn;
207         int found = 0;
208
209         spin_lock_irq(&s->tracked_chunk_lock);
210
211         hlist_for_each_entry(c, hn,
212             &s->tracked_chunk_hash[DM_TRACKED_CHUNK_HASH(chunk)], node) {
213                 if (c->chunk == chunk) {
214                         found = 1;
215                         break;
216                 }
217         }
218
219         spin_unlock_irq(&s->tracked_chunk_lock);
220
221         return found;
222 }
223
224 /*
225  * One of these per registered origin, held in the snapshot_origins hash
226  */
227 struct origin {
228         /* The origin device */
229         struct block_device *bdev;
230
231         struct list_head hash_list;
232
233         /* List of snapshots for this origin */
234         struct list_head snapshots;
235 };
236
237 /*
238  * Size of the hash table for origin volumes. If we make this
239  * the size of the minors list then it should be nearly perfect
240  */
241 #define ORIGIN_HASH_SIZE 256
242 #define ORIGIN_MASK      0xFF
243 static struct list_head *_origins;
244 static struct rw_semaphore _origins_lock;
245
246 static int init_origin_hash(void)
247 {
248         int i;
249
250         _origins = kmalloc(ORIGIN_HASH_SIZE * sizeof(struct list_head),
251                            GFP_KERNEL);
252         if (!_origins) {
253                 DMERR("unable to allocate memory");
254                 return -ENOMEM;
255         }
256
257         for (i = 0; i < ORIGIN_HASH_SIZE; i++)
258                 INIT_LIST_HEAD(_origins + i);
259         init_rwsem(&_origins_lock);
260
261         return 0;
262 }
263
264 static void exit_origin_hash(void)
265 {
266         kfree(_origins);
267 }
268
269 static unsigned origin_hash(struct block_device *bdev)
270 {
271         return bdev->bd_dev & ORIGIN_MASK;
272 }
273
274 static struct origin *__lookup_origin(struct block_device *origin)
275 {
276         struct list_head *ol;
277         struct origin *o;
278
279         ol = &_origins[origin_hash(origin)];
280         list_for_each_entry (o, ol, hash_list)
281                 if (bdev_equal(o->bdev, origin))
282                         return o;
283
284         return NULL;
285 }
286
287 static void __insert_origin(struct origin *o)
288 {
289         struct list_head *sl = &_origins[origin_hash(o->bdev)];
290         list_add_tail(&o->hash_list, sl);
291 }
292
293 /*
294  * Make a note of the snapshot and its origin so we can look it
295  * up when the origin has a write on it.
296  */
297 static int register_snapshot(struct dm_snapshot *snap)
298 {
299         struct dm_snapshot *l;
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         /* Sort the list according to chunk size, largest-first smallest-last */
324         list_for_each_entry(l, &o->snapshots, list)
325                 if (l->store->chunk_size < snap->store->chunk_size)
326                         break;
327         list_add_tail(&snap->list, &l->list);
328
329         up_write(&_origins_lock);
330         return 0;
331 }
332
333 static void unregister_snapshot(struct dm_snapshot *s)
334 {
335         struct origin *o;
336
337         down_write(&_origins_lock);
338         o = __lookup_origin(s->origin->bdev);
339
340         list_del(&s->list);
341         if (list_empty(&o->snapshots)) {
342                 list_del(&o->hash_list);
343                 kfree(o);
344         }
345
346         up_write(&_origins_lock);
347 }
348
349 /*
350  * Implementation of the exception hash tables.
351  * The lowest hash_shift bits of the chunk number are ignored, allowing
352  * some consecutive chunks to be grouped together.
353  */
354 static int init_exception_table(struct exception_table *et, uint32_t size,
355                                 unsigned hash_shift)
356 {
357         unsigned int i;
358
359         et->hash_shift = hash_shift;
360         et->hash_mask = size - 1;
361         et->table = dm_vcalloc(size, sizeof(struct list_head));
362         if (!et->table)
363                 return -ENOMEM;
364
365         for (i = 0; i < size; i++)
366                 INIT_LIST_HEAD(et->table + i);
367
368         return 0;
369 }
370
371 static void exit_exception_table(struct exception_table *et, struct kmem_cache *mem)
372 {
373         struct list_head *slot;
374         struct dm_snap_exception *ex, *next;
375         int i, size;
376
377         size = et->hash_mask + 1;
378         for (i = 0; i < size; i++) {
379                 slot = et->table + i;
380
381                 list_for_each_entry_safe (ex, next, slot, hash_list)
382                         kmem_cache_free(mem, ex);
383         }
384
385         vfree(et->table);
386 }
387
388 static uint32_t exception_hash(struct exception_table *et, chunk_t chunk)
389 {
390         return (chunk >> et->hash_shift) & et->hash_mask;
391 }
392
393 static void insert_exception(struct exception_table *eh,
394                              struct dm_snap_exception *e)
395 {
396         struct list_head *l = &eh->table[exception_hash(eh, e->old_chunk)];
397         list_add(&e->hash_list, l);
398 }
399
400 static void remove_exception(struct dm_snap_exception *e)
401 {
402         list_del(&e->hash_list);
403 }
404
405 /*
406  * Return the exception data for a sector, or NULL if not
407  * remapped.
408  */
409 static struct dm_snap_exception *lookup_exception(struct exception_table *et,
410                                                   chunk_t chunk)
411 {
412         struct list_head *slot;
413         struct dm_snap_exception *e;
414
415         slot = &et->table[exception_hash(et, chunk)];
416         list_for_each_entry (e, slot, hash_list)
417                 if (chunk >= e->old_chunk &&
418                     chunk <= e->old_chunk + dm_consecutive_chunk_count(e))
419                         return e;
420
421         return NULL;
422 }
423
424 static struct dm_snap_exception *alloc_exception(void)
425 {
426         struct dm_snap_exception *e;
427
428         e = kmem_cache_alloc(exception_cache, GFP_NOIO);
429         if (!e)
430                 e = kmem_cache_alloc(exception_cache, GFP_ATOMIC);
431
432         return e;
433 }
434
435 static void free_exception(struct dm_snap_exception *e)
436 {
437         kmem_cache_free(exception_cache, e);
438 }
439
440 static struct dm_snap_pending_exception *alloc_pending_exception(struct dm_snapshot *s)
441 {
442         struct dm_snap_pending_exception *pe = mempool_alloc(s->pending_pool,
443                                                              GFP_NOIO);
444
445         atomic_inc(&s->pending_exceptions_count);
446         pe->snap = s;
447
448         return pe;
449 }
450
451 static void free_pending_exception(struct dm_snap_pending_exception *pe)
452 {
453         struct dm_snapshot *s = pe->snap;
454
455         mempool_free(pe, s->pending_pool);
456         smp_mb__before_atomic_dec();
457         atomic_dec(&s->pending_exceptions_count);
458 }
459
460 static void insert_completed_exception(struct dm_snapshot *s,
461                                        struct dm_snap_exception *new_e)
462 {
463         struct exception_table *eh = &s->complete;
464         struct list_head *l;
465         struct dm_snap_exception *e = NULL;
466
467         l = &eh->table[exception_hash(eh, new_e->old_chunk)];
468
469         /* Add immediately if this table doesn't support consecutive chunks */
470         if (!eh->hash_shift)
471                 goto out;
472
473         /* List is ordered by old_chunk */
474         list_for_each_entry_reverse(e, l, hash_list) {
475                 /* Insert after an existing chunk? */
476                 if (new_e->old_chunk == (e->old_chunk +
477                                          dm_consecutive_chunk_count(e) + 1) &&
478                     new_e->new_chunk == (dm_chunk_number(e->new_chunk) +
479                                          dm_consecutive_chunk_count(e) + 1)) {
480                         dm_consecutive_chunk_count_inc(e);
481                         free_exception(new_e);
482                         return;
483                 }
484
485                 /* Insert before an existing chunk? */
486                 if (new_e->old_chunk == (e->old_chunk - 1) &&
487                     new_e->new_chunk == (dm_chunk_number(e->new_chunk) - 1)) {
488                         dm_consecutive_chunk_count_inc(e);
489                         e->old_chunk--;
490                         e->new_chunk--;
491                         free_exception(new_e);
492                         return;
493                 }
494
495                 if (new_e->old_chunk > e->old_chunk)
496                         break;
497         }
498
499 out:
500         list_add(&new_e->hash_list, e ? &e->hash_list : l);
501 }
502
503 /*
504  * Callback used by the exception stores to load exceptions when
505  * initialising.
506  */
507 static int dm_add_exception(void *context, chunk_t old, chunk_t new)
508 {
509         struct dm_snapshot *s = context;
510         struct dm_snap_exception *e;
511
512         e = alloc_exception();
513         if (!e)
514                 return -ENOMEM;
515
516         e->old_chunk = old;
517
518         /* Consecutive_count is implicitly initialised to zero */
519         e->new_chunk = new;
520
521         insert_completed_exception(s, e);
522
523         return 0;
524 }
525
526 /*
527  * Hard coded magic.
528  */
529 static int calc_max_buckets(void)
530 {
531         /* use a fixed size of 2MB */
532         unsigned long mem = 2 * 1024 * 1024;
533         mem /= sizeof(struct list_head);
534
535         return mem;
536 }
537
538 /*
539  * Allocate room for a suitable hash table.
540  */
541 static int init_hash_tables(struct dm_snapshot *s)
542 {
543         sector_t hash_size, cow_dev_size, origin_dev_size, max_buckets;
544
545         /*
546          * Calculate based on the size of the original volume or
547          * the COW volume...
548          */
549         cow_dev_size = get_dev_size(s->store->cow->bdev);
550         origin_dev_size = get_dev_size(s->origin->bdev);
551         max_buckets = calc_max_buckets();
552
553         hash_size = min(origin_dev_size, cow_dev_size) >> s->store->chunk_shift;
554         hash_size = min(hash_size, max_buckets);
555
556         if (hash_size < 64)
557                 hash_size = 64;
558         hash_size = rounddown_pow_of_two(hash_size);
559         if (init_exception_table(&s->complete, hash_size,
560                                  DM_CHUNK_CONSECUTIVE_BITS))
561                 return -ENOMEM;
562
563         /*
564          * Allocate hash table for in-flight exceptions
565          * Make this smaller than the real hash table
566          */
567         hash_size >>= 3;
568         if (hash_size < 64)
569                 hash_size = 64;
570
571         if (init_exception_table(&s->pending, hash_size, 0)) {
572                 exit_exception_table(&s->complete, exception_cache);
573                 return -ENOMEM;
574         }
575
576         return 0;
577 }
578
579 /*
580  * Construct a snapshot mapping: <origin_dev> <COW-dev> <p/n> <chunk-size>
581  */
582 static int snapshot_ctr(struct dm_target *ti, unsigned int argc, char **argv)
583 {
584         struct dm_snapshot *s;
585         int i;
586         int r = -EINVAL;
587         char *origin_path;
588         struct dm_exception_store *store;
589         unsigned args_used;
590
591         if (argc != 4) {
592                 ti->error = "requires exactly 4 arguments";
593                 r = -EINVAL;
594                 goto bad_args;
595         }
596
597         origin_path = argv[0];
598         argv++;
599         argc--;
600
601         r = dm_exception_store_create(ti, argc, argv, &args_used, &store);
602         if (r) {
603                 ti->error = "Couldn't create exception store";
604                 r = -EINVAL;
605                 goto bad_args;
606         }
607
608         argv += args_used;
609         argc -= args_used;
610
611         s = kmalloc(sizeof(*s), GFP_KERNEL);
612         if (!s) {
613                 ti->error = "Cannot allocate snapshot context private "
614                     "structure";
615                 r = -ENOMEM;
616                 goto bad_snap;
617         }
618
619         r = dm_get_device(ti, origin_path, 0, ti->len, FMODE_READ, &s->origin);
620         if (r) {
621                 ti->error = "Cannot get origin device";
622                 goto bad_origin;
623         }
624
625         s->store = store;
626         s->valid = 1;
627         s->active = 0;
628         atomic_set(&s->pending_exceptions_count, 0);
629         init_rwsem(&s->lock);
630         spin_lock_init(&s->pe_lock);
631
632         /* Allocate hash table for COW data */
633         if (init_hash_tables(s)) {
634                 ti->error = "Unable to allocate hash table space";
635                 r = -ENOMEM;
636                 goto bad_hash_tables;
637         }
638
639         r = dm_kcopyd_client_create(SNAPSHOT_PAGES, &s->kcopyd_client);
640         if (r) {
641                 ti->error = "Could not create kcopyd client";
642                 goto bad_kcopyd;
643         }
644
645         s->pending_pool = mempool_create_slab_pool(MIN_IOS, pending_cache);
646         if (!s->pending_pool) {
647                 ti->error = "Could not allocate mempool for pending exceptions";
648                 goto bad_pending_pool;
649         }
650
651         s->tracked_chunk_pool = mempool_create_slab_pool(MIN_IOS,
652                                                          tracked_chunk_cache);
653         if (!s->tracked_chunk_pool) {
654                 ti->error = "Could not allocate tracked_chunk mempool for "
655                             "tracking reads";
656                 goto bad_tracked_chunk_pool;
657         }
658
659         for (i = 0; i < DM_TRACKED_CHUNK_HASH_SIZE; i++)
660                 INIT_HLIST_HEAD(&s->tracked_chunk_hash[i]);
661
662         spin_lock_init(&s->tracked_chunk_lock);
663
664         /* Metadata must only be loaded into one table at once */
665         r = s->store->type->read_metadata(s->store, dm_add_exception,
666                                           (void *)s);
667         if (r < 0) {
668                 ti->error = "Failed to read snapshot metadata";
669                 goto bad_load_and_register;
670         } else if (r > 0) {
671                 s->valid = 0;
672                 DMWARN("Snapshot is marked invalid.");
673         }
674
675         bio_list_init(&s->queued_bios);
676         INIT_WORK(&s->queued_bios_work, flush_queued_bios);
677
678         if (!s->store->chunk_size) {
679                 ti->error = "Chunk size not set";
680                 goto bad_load_and_register;
681         }
682
683         /* Add snapshot to the list of snapshots for this origin */
684         /* Exceptions aren't triggered till snapshot_resume() is called */
685         if (register_snapshot(s)) {
686                 r = -EINVAL;
687                 ti->error = "Cannot register snapshot origin";
688                 goto bad_load_and_register;
689         }
690
691         ti->private = s;
692         ti->split_io = s->store->chunk_size;
693         ti->num_flush_requests = 1;
694
695         return 0;
696
697 bad_load_and_register:
698         mempool_destroy(s->tracked_chunk_pool);
699
700 bad_tracked_chunk_pool:
701         mempool_destroy(s->pending_pool);
702
703 bad_pending_pool:
704         dm_kcopyd_client_destroy(s->kcopyd_client);
705
706 bad_kcopyd:
707         exit_exception_table(&s->pending, pending_cache);
708         exit_exception_table(&s->complete, exception_cache);
709
710 bad_hash_tables:
711         dm_put_device(ti, s->origin);
712
713 bad_origin:
714         kfree(s);
715
716 bad_snap:
717         dm_exception_store_destroy(store);
718
719 bad_args:
720         return r;
721 }
722
723 static void __free_exceptions(struct dm_snapshot *s)
724 {
725         dm_kcopyd_client_destroy(s->kcopyd_client);
726         s->kcopyd_client = NULL;
727
728         exit_exception_table(&s->pending, pending_cache);
729         exit_exception_table(&s->complete, exception_cache);
730 }
731
732 static void snapshot_dtr(struct dm_target *ti)
733 {
734 #ifdef CONFIG_DM_DEBUG
735         int i;
736 #endif
737         struct dm_snapshot *s = ti->private;
738
739         flush_workqueue(ksnapd);
740
741         /* Prevent further origin writes from using this snapshot. */
742         /* After this returns there can be no new kcopyd jobs. */
743         unregister_snapshot(s);
744
745         while (atomic_read(&s->pending_exceptions_count))
746                 msleep(1);
747         /*
748          * Ensure instructions in mempool_destroy aren't reordered
749          * before atomic_read.
750          */
751         smp_mb();
752
753 #ifdef CONFIG_DM_DEBUG
754         for (i = 0; i < DM_TRACKED_CHUNK_HASH_SIZE; i++)
755                 BUG_ON(!hlist_empty(&s->tracked_chunk_hash[i]));
756 #endif
757
758         mempool_destroy(s->tracked_chunk_pool);
759
760         __free_exceptions(s);
761
762         mempool_destroy(s->pending_pool);
763
764         dm_put_device(ti, s->origin);
765
766         dm_exception_store_destroy(s->store);
767
768         kfree(s);
769 }
770
771 /*
772  * Flush a list of buffers.
773  */
774 static void flush_bios(struct bio *bio)
775 {
776         struct bio *n;
777
778         while (bio) {
779                 n = bio->bi_next;
780                 bio->bi_next = NULL;
781                 generic_make_request(bio);
782                 bio = n;
783         }
784 }
785
786 static void flush_queued_bios(struct work_struct *work)
787 {
788         struct dm_snapshot *s =
789                 container_of(work, struct dm_snapshot, queued_bios_work);
790         struct bio *queued_bios;
791         unsigned long flags;
792
793         spin_lock_irqsave(&s->pe_lock, flags);
794         queued_bios = bio_list_get(&s->queued_bios);
795         spin_unlock_irqrestore(&s->pe_lock, flags);
796
797         flush_bios(queued_bios);
798 }
799
800 /*
801  * Error a list of buffers.
802  */
803 static void error_bios(struct bio *bio)
804 {
805         struct bio *n;
806
807         while (bio) {
808                 n = bio->bi_next;
809                 bio->bi_next = NULL;
810                 bio_io_error(bio);
811                 bio = n;
812         }
813 }
814
815 static void __invalidate_snapshot(struct dm_snapshot *s, int err)
816 {
817         if (!s->valid)
818                 return;
819
820         if (err == -EIO)
821                 DMERR("Invalidating snapshot: Error reading/writing.");
822         else if (err == -ENOMEM)
823                 DMERR("Invalidating snapshot: Unable to allocate exception.");
824
825         if (s->store->type->drop_snapshot)
826                 s->store->type->drop_snapshot(s->store);
827
828         s->valid = 0;
829
830         dm_table_event(s->store->ti->table);
831 }
832
833 static void get_pending_exception(struct dm_snap_pending_exception *pe)
834 {
835         atomic_inc(&pe->ref_count);
836 }
837
838 static struct bio *put_pending_exception(struct dm_snap_pending_exception *pe)
839 {
840         struct dm_snap_pending_exception *primary_pe;
841         struct bio *origin_bios = NULL;
842
843         primary_pe = pe->primary_pe;
844
845         /*
846          * If this pe is involved in a write to the origin and
847          * it is the last sibling to complete then release
848          * the bios for the original write to the origin.
849          */
850         if (primary_pe &&
851             atomic_dec_and_test(&primary_pe->ref_count)) {
852                 origin_bios = bio_list_get(&primary_pe->origin_bios);
853                 free_pending_exception(primary_pe);
854         }
855
856         /*
857          * Free the pe if it's not linked to an origin write or if
858          * it's not itself a primary pe.
859          */
860         if (!primary_pe || primary_pe != pe)
861                 free_pending_exception(pe);
862
863         return origin_bios;
864 }
865
866 static void pending_complete(struct dm_snap_pending_exception *pe, int success)
867 {
868         struct dm_snap_exception *e;
869         struct dm_snapshot *s = pe->snap;
870         struct bio *origin_bios = NULL;
871         struct bio *snapshot_bios = NULL;
872         int error = 0;
873
874         if (!success) {
875                 /* Read/write error - snapshot is unusable */
876                 down_write(&s->lock);
877                 __invalidate_snapshot(s, -EIO);
878                 error = 1;
879                 goto out;
880         }
881
882         e = alloc_exception();
883         if (!e) {
884                 down_write(&s->lock);
885                 __invalidate_snapshot(s, -ENOMEM);
886                 error = 1;
887                 goto out;
888         }
889         *e = pe->e;
890
891         down_write(&s->lock);
892         if (!s->valid) {
893                 free_exception(e);
894                 error = 1;
895                 goto out;
896         }
897
898         /*
899          * Check for conflicting reads. This is extremely improbable,
900          * so msleep(1) is sufficient and there is no need for a wait queue.
901          */
902         while (__chunk_is_tracked(s, pe->e.old_chunk))
903                 msleep(1);
904
905         /*
906          * Add a proper exception, and remove the
907          * in-flight exception from the list.
908          */
909         insert_completed_exception(s, e);
910
911  out:
912         remove_exception(&pe->e);
913         snapshot_bios = bio_list_get(&pe->snapshot_bios);
914         origin_bios = put_pending_exception(pe);
915
916         up_write(&s->lock);
917
918         /* Submit any pending write bios */
919         if (error)
920                 error_bios(snapshot_bios);
921         else
922                 flush_bios(snapshot_bios);
923
924         flush_bios(origin_bios);
925 }
926
927 static void commit_callback(void *context, int success)
928 {
929         struct dm_snap_pending_exception *pe = context;
930
931         pending_complete(pe, success);
932 }
933
934 /*
935  * Called when the copy I/O has finished.  kcopyd actually runs
936  * this code so don't block.
937  */
938 static void copy_callback(int read_err, unsigned long write_err, void *context)
939 {
940         struct dm_snap_pending_exception *pe = context;
941         struct dm_snapshot *s = pe->snap;
942
943         if (read_err || write_err)
944                 pending_complete(pe, 0);
945
946         else
947                 /* Update the metadata if we are persistent */
948                 s->store->type->commit_exception(s->store, &pe->e,
949                                                  commit_callback, pe);
950 }
951
952 /*
953  * Dispatches the copy operation to kcopyd.
954  */
955 static void start_copy(struct dm_snap_pending_exception *pe)
956 {
957         struct dm_snapshot *s = pe->snap;
958         struct dm_io_region src, dest;
959         struct block_device *bdev = s->origin->bdev;
960         sector_t dev_size;
961
962         dev_size = get_dev_size(bdev);
963
964         src.bdev = bdev;
965         src.sector = chunk_to_sector(s->store, pe->e.old_chunk);
966         src.count = min((sector_t)s->store->chunk_size, dev_size - src.sector);
967
968         dest.bdev = s->store->cow->bdev;
969         dest.sector = chunk_to_sector(s->store, pe->e.new_chunk);
970         dest.count = src.count;
971
972         /* Hand over to kcopyd */
973         dm_kcopyd_copy(s->kcopyd_client,
974                     &src, 1, &dest, 0, copy_callback, pe);
975 }
976
977 static struct dm_snap_pending_exception *
978 __lookup_pending_exception(struct dm_snapshot *s, chunk_t chunk)
979 {
980         struct dm_snap_exception *e = lookup_exception(&s->pending, chunk);
981
982         if (!e)
983                 return NULL;
984
985         return container_of(e, struct dm_snap_pending_exception, e);
986 }
987
988 /*
989  * Looks to see if this snapshot already has a pending exception
990  * for this chunk, otherwise it allocates a new one and inserts
991  * it into the pending table.
992  *
993  * NOTE: a write lock must be held on snap->lock before calling
994  * this.
995  */
996 static struct dm_snap_pending_exception *
997 __find_pending_exception(struct dm_snapshot *s,
998                          struct dm_snap_pending_exception *pe, chunk_t chunk)
999 {
1000         struct dm_snap_pending_exception *pe2;
1001
1002         pe2 = __lookup_pending_exception(s, chunk);
1003         if (pe2) {
1004                 free_pending_exception(pe);
1005                 return pe2;
1006         }
1007
1008         pe->e.old_chunk = chunk;
1009         bio_list_init(&pe->origin_bios);
1010         bio_list_init(&pe->snapshot_bios);
1011         pe->primary_pe = NULL;
1012         atomic_set(&pe->ref_count, 0);
1013         pe->started = 0;
1014
1015         if (s->store->type->prepare_exception(s->store, &pe->e)) {
1016                 free_pending_exception(pe);
1017                 return NULL;
1018         }
1019
1020         get_pending_exception(pe);
1021         insert_exception(&s->pending, &pe->e);
1022
1023         return pe;
1024 }
1025
1026 static void remap_exception(struct dm_snapshot *s, struct dm_snap_exception *e,
1027                             struct bio *bio, chunk_t chunk)
1028 {
1029         bio->bi_bdev = s->store->cow->bdev;
1030         bio->bi_sector = chunk_to_sector(s->store,
1031                                          dm_chunk_number(e->new_chunk) +
1032                                          (chunk - e->old_chunk)) +
1033                                          (bio->bi_sector &
1034                                           s->store->chunk_mask);
1035 }
1036
1037 static int snapshot_map(struct dm_target *ti, struct bio *bio,
1038                         union map_info *map_context)
1039 {
1040         struct dm_snap_exception *e;
1041         struct dm_snapshot *s = ti->private;
1042         int r = DM_MAPIO_REMAPPED;
1043         chunk_t chunk;
1044         struct dm_snap_pending_exception *pe = NULL;
1045
1046         if (unlikely(bio_empty_barrier(bio))) {
1047                 bio->bi_bdev = s->store->cow->bdev;
1048                 return DM_MAPIO_REMAPPED;
1049         }
1050
1051         chunk = sector_to_chunk(s->store, bio->bi_sector);
1052
1053         /* Full snapshots are not usable */
1054         /* To get here the table must be live so s->active is always set. */
1055         if (!s->valid)
1056                 return -EIO;
1057
1058         /* FIXME: should only take write lock if we need
1059          * to copy an exception */
1060         down_write(&s->lock);
1061
1062         if (!s->valid) {
1063                 r = -EIO;
1064                 goto out_unlock;
1065         }
1066
1067         /* If the block is already remapped - use that, else remap it */
1068         e = lookup_exception(&s->complete, chunk);
1069         if (e) {
1070                 remap_exception(s, e, bio, chunk);
1071                 goto out_unlock;
1072         }
1073
1074         /*
1075          * Write to snapshot - higher level takes care of RW/RO
1076          * flags so we should only get this if we are
1077          * writeable.
1078          */
1079         if (bio_rw(bio) == WRITE) {
1080                 pe = __lookup_pending_exception(s, chunk);
1081                 if (!pe) {
1082                         up_write(&s->lock);
1083                         pe = alloc_pending_exception(s);
1084                         down_write(&s->lock);
1085
1086                         if (!s->valid) {
1087                                 free_pending_exception(pe);
1088                                 r = -EIO;
1089                                 goto out_unlock;
1090                         }
1091
1092                         e = lookup_exception(&s->complete, chunk);
1093                         if (e) {
1094                                 free_pending_exception(pe);
1095                                 remap_exception(s, e, bio, chunk);
1096                                 goto out_unlock;
1097                         }
1098
1099                         pe = __find_pending_exception(s, pe, chunk);
1100                         if (!pe) {
1101                                 __invalidate_snapshot(s, -ENOMEM);
1102                                 r = -EIO;
1103                                 goto out_unlock;
1104                         }
1105                 }
1106
1107                 remap_exception(s, &pe->e, bio, chunk);
1108                 bio_list_add(&pe->snapshot_bios, bio);
1109
1110                 r = DM_MAPIO_SUBMITTED;
1111
1112                 if (!pe->started) {
1113                         /* this is protected by snap->lock */
1114                         pe->started = 1;
1115                         up_write(&s->lock);
1116                         start_copy(pe);
1117                         goto out;
1118                 }
1119         } else {
1120                 bio->bi_bdev = s->origin->bdev;
1121                 map_context->ptr = track_chunk(s, chunk);
1122         }
1123
1124  out_unlock:
1125         up_write(&s->lock);
1126  out:
1127         return r;
1128 }
1129
1130 static int snapshot_end_io(struct dm_target *ti, struct bio *bio,
1131                            int error, union map_info *map_context)
1132 {
1133         struct dm_snapshot *s = ti->private;
1134         struct dm_snap_tracked_chunk *c = map_context->ptr;
1135
1136         if (c)
1137                 stop_tracking_chunk(s, c);
1138
1139         return 0;
1140 }
1141
1142 static void snapshot_resume(struct dm_target *ti)
1143 {
1144         struct dm_snapshot *s = ti->private;
1145
1146         down_write(&s->lock);
1147         s->active = 1;
1148         up_write(&s->lock);
1149 }
1150
1151 static int snapshot_status(struct dm_target *ti, status_type_t type,
1152                            char *result, unsigned int maxlen)
1153 {
1154         unsigned sz = 0;
1155         struct dm_snapshot *snap = ti->private;
1156
1157         switch (type) {
1158         case STATUSTYPE_INFO:
1159
1160                 down_write(&snap->lock);
1161
1162                 if (!snap->valid)
1163                         DMEMIT("Invalid");
1164                 else {
1165                         if (snap->store->type->fraction_full) {
1166                                 sector_t numerator, denominator;
1167                                 snap->store->type->fraction_full(snap->store,
1168                                                                  &numerator,
1169                                                                  &denominator);
1170                                 DMEMIT("%llu/%llu",
1171                                        (unsigned long long)numerator,
1172                                        (unsigned long long)denominator);
1173                         }
1174                         else
1175                                 DMEMIT("Unknown");
1176                 }
1177
1178                 up_write(&snap->lock);
1179
1180                 break;
1181
1182         case STATUSTYPE_TABLE:
1183                 /*
1184                  * kdevname returns a static pointer so we need
1185                  * to make private copies if the output is to
1186                  * make sense.
1187                  */
1188                 DMEMIT("%s", snap->origin->name);
1189                 snap->store->type->status(snap->store, type, result + sz,
1190                                           maxlen - sz);
1191                 break;
1192         }
1193
1194         return 0;
1195 }
1196
1197 static int snapshot_iterate_devices(struct dm_target *ti,
1198                                     iterate_devices_callout_fn fn, void *data)
1199 {
1200         struct dm_snapshot *snap = ti->private;
1201
1202         return fn(ti, snap->origin, 0, ti->len, data);
1203 }
1204
1205
1206 /*-----------------------------------------------------------------
1207  * Origin methods
1208  *---------------------------------------------------------------*/
1209 static int __origin_write(struct list_head *snapshots, struct bio *bio)
1210 {
1211         int r = DM_MAPIO_REMAPPED, first = 0;
1212         struct dm_snapshot *snap;
1213         struct dm_snap_exception *e;
1214         struct dm_snap_pending_exception *pe, *next_pe, *primary_pe = NULL;
1215         chunk_t chunk;
1216         LIST_HEAD(pe_queue);
1217
1218         /* Do all the snapshots on this origin */
1219         list_for_each_entry (snap, snapshots, list) {
1220
1221                 down_write(&snap->lock);
1222
1223                 /* Only deal with valid and active snapshots */
1224                 if (!snap->valid || !snap->active)
1225                         goto next_snapshot;
1226
1227                 /* Nothing to do if writing beyond end of snapshot */
1228                 if (bio->bi_sector >= dm_table_get_size(snap->store->ti->table))
1229                         goto next_snapshot;
1230
1231                 /*
1232                  * Remember, different snapshots can have
1233                  * different chunk sizes.
1234                  */
1235                 chunk = sector_to_chunk(snap->store, bio->bi_sector);
1236
1237                 /*
1238                  * Check exception table to see if block
1239                  * is already remapped in this snapshot
1240                  * and trigger an exception if not.
1241                  *
1242                  * ref_count is initialised to 1 so pending_complete()
1243                  * won't destroy the primary_pe while we're inside this loop.
1244                  */
1245                 e = lookup_exception(&snap->complete, chunk);
1246                 if (e)
1247                         goto next_snapshot;
1248
1249                 pe = __lookup_pending_exception(snap, chunk);
1250                 if (!pe) {
1251                         up_write(&snap->lock);
1252                         pe = alloc_pending_exception(snap);
1253                         down_write(&snap->lock);
1254
1255                         if (!snap->valid) {
1256                                 free_pending_exception(pe);
1257                                 goto next_snapshot;
1258                         }
1259
1260                         e = lookup_exception(&snap->complete, chunk);
1261                         if (e) {
1262                                 free_pending_exception(pe);
1263                                 goto next_snapshot;
1264                         }
1265
1266                         pe = __find_pending_exception(snap, pe, chunk);
1267                         if (!pe) {
1268                                 __invalidate_snapshot(snap, -ENOMEM);
1269                                 goto next_snapshot;
1270                         }
1271                 }
1272
1273                 if (!primary_pe) {
1274                         /*
1275                          * Either every pe here has same
1276                          * primary_pe or none has one yet.
1277                          */
1278                         if (pe->primary_pe)
1279                                 primary_pe = pe->primary_pe;
1280                         else {
1281                                 primary_pe = pe;
1282                                 first = 1;
1283                         }
1284
1285                         bio_list_add(&primary_pe->origin_bios, bio);
1286
1287                         r = DM_MAPIO_SUBMITTED;
1288                 }
1289
1290                 if (!pe->primary_pe) {
1291                         pe->primary_pe = primary_pe;
1292                         get_pending_exception(primary_pe);
1293                 }
1294
1295                 if (!pe->started) {
1296                         pe->started = 1;
1297                         list_add_tail(&pe->list, &pe_queue);
1298                 }
1299
1300  next_snapshot:
1301                 up_write(&snap->lock);
1302         }
1303
1304         if (!primary_pe)
1305                 return r;
1306
1307         /*
1308          * If this is the first time we're processing this chunk and
1309          * ref_count is now 1 it means all the pending exceptions
1310          * got completed while we were in the loop above, so it falls to
1311          * us here to remove the primary_pe and submit any origin_bios.
1312          */
1313
1314         if (first && atomic_dec_and_test(&primary_pe->ref_count)) {
1315                 flush_bios(bio_list_get(&primary_pe->origin_bios));
1316                 free_pending_exception(primary_pe);
1317                 /* If we got here, pe_queue is necessarily empty. */
1318                 return r;
1319         }
1320
1321         /*
1322          * Now that we have a complete pe list we can start the copying.
1323          */
1324         list_for_each_entry_safe(pe, next_pe, &pe_queue, list)
1325                 start_copy(pe);
1326
1327         return r;
1328 }
1329
1330 /*
1331  * Called on a write from the origin driver.
1332  */
1333 static int do_origin(struct dm_dev *origin, struct bio *bio)
1334 {
1335         struct origin *o;
1336         int r = DM_MAPIO_REMAPPED;
1337
1338         down_read(&_origins_lock);
1339         o = __lookup_origin(origin->bdev);
1340         if (o)
1341                 r = __origin_write(&o->snapshots, bio);
1342         up_read(&_origins_lock);
1343
1344         return r;
1345 }
1346
1347 /*
1348  * Origin: maps a linear range of a device, with hooks for snapshotting.
1349  */
1350
1351 /*
1352  * Construct an origin mapping: <dev_path>
1353  * The context for an origin is merely a 'struct dm_dev *'
1354  * pointing to the real device.
1355  */
1356 static int origin_ctr(struct dm_target *ti, unsigned int argc, char **argv)
1357 {
1358         int r;
1359         struct dm_dev *dev;
1360
1361         if (argc != 1) {
1362                 ti->error = "origin: incorrect number of arguments";
1363                 return -EINVAL;
1364         }
1365
1366         r = dm_get_device(ti, argv[0], 0, ti->len,
1367                           dm_table_get_mode(ti->table), &dev);
1368         if (r) {
1369                 ti->error = "Cannot get target device";
1370                 return r;
1371         }
1372
1373         ti->private = dev;
1374         ti->num_flush_requests = 1;
1375
1376         return 0;
1377 }
1378
1379 static void origin_dtr(struct dm_target *ti)
1380 {
1381         struct dm_dev *dev = ti->private;
1382         dm_put_device(ti, dev);
1383 }
1384
1385 static int origin_map(struct dm_target *ti, struct bio *bio,
1386                       union map_info *map_context)
1387 {
1388         struct dm_dev *dev = ti->private;
1389         bio->bi_bdev = dev->bdev;
1390
1391         if (unlikely(bio_empty_barrier(bio)))
1392                 return DM_MAPIO_REMAPPED;
1393
1394         /* Only tell snapshots if this is a write */
1395         return (bio_rw(bio) == WRITE) ? do_origin(dev, bio) : DM_MAPIO_REMAPPED;
1396 }
1397
1398 #define min_not_zero(l, r) (l == 0) ? r : ((r == 0) ? l : min(l, r))
1399
1400 /*
1401  * Set the target "split_io" field to the minimum of all the snapshots'
1402  * chunk sizes.
1403  */
1404 static void origin_resume(struct dm_target *ti)
1405 {
1406         struct dm_dev *dev = ti->private;
1407         struct dm_snapshot *snap;
1408         struct origin *o;
1409         unsigned chunk_size = 0;
1410
1411         down_read(&_origins_lock);
1412         o = __lookup_origin(dev->bdev);
1413         if (o)
1414                 list_for_each_entry (snap, &o->snapshots, list)
1415                         chunk_size = min_not_zero(chunk_size,
1416                                                   snap->store->chunk_size);
1417         up_read(&_origins_lock);
1418
1419         ti->split_io = chunk_size;
1420 }
1421
1422 static int origin_status(struct dm_target *ti, status_type_t type, char *result,
1423                          unsigned int maxlen)
1424 {
1425         struct dm_dev *dev = ti->private;
1426
1427         switch (type) {
1428         case STATUSTYPE_INFO:
1429                 result[0] = '\0';
1430                 break;
1431
1432         case STATUSTYPE_TABLE:
1433                 snprintf(result, maxlen, "%s", dev->name);
1434                 break;
1435         }
1436
1437         return 0;
1438 }
1439
1440 static int origin_iterate_devices(struct dm_target *ti,
1441                                   iterate_devices_callout_fn fn, void *data)
1442 {
1443         struct dm_dev *dev = ti->private;
1444
1445         return fn(ti, dev, 0, ti->len, data);
1446 }
1447
1448 static struct target_type origin_target = {
1449         .name    = "snapshot-origin",
1450         .version = {1, 7, 0},
1451         .module  = THIS_MODULE,
1452         .ctr     = origin_ctr,
1453         .dtr     = origin_dtr,
1454         .map     = origin_map,
1455         .resume  = origin_resume,
1456         .status  = origin_status,
1457         .iterate_devices = origin_iterate_devices,
1458 };
1459
1460 static struct target_type snapshot_target = {
1461         .name    = "snapshot",
1462         .version = {1, 7, 0},
1463         .module  = THIS_MODULE,
1464         .ctr     = snapshot_ctr,
1465         .dtr     = snapshot_dtr,
1466         .map     = snapshot_map,
1467         .end_io  = snapshot_end_io,
1468         .resume  = snapshot_resume,
1469         .status  = snapshot_status,
1470         .iterate_devices = snapshot_iterate_devices,
1471 };
1472
1473 static int __init dm_snapshot_init(void)
1474 {
1475         int r;
1476
1477         r = dm_exception_store_init();
1478         if (r) {
1479                 DMERR("Failed to initialize exception stores");
1480                 return r;
1481         }
1482
1483         r = dm_register_target(&snapshot_target);
1484         if (r) {
1485                 DMERR("snapshot target register failed %d", r);
1486                 goto bad_register_snapshot_target;
1487         }
1488
1489         r = dm_register_target(&origin_target);
1490         if (r < 0) {
1491                 DMERR("Origin target register failed %d", r);
1492                 goto bad1;
1493         }
1494
1495         r = init_origin_hash();
1496         if (r) {
1497                 DMERR("init_origin_hash failed.");
1498                 goto bad2;
1499         }
1500
1501         exception_cache = KMEM_CACHE(dm_snap_exception, 0);
1502         if (!exception_cache) {
1503                 DMERR("Couldn't create exception cache.");
1504                 r = -ENOMEM;
1505                 goto bad3;
1506         }
1507
1508         pending_cache = KMEM_CACHE(dm_snap_pending_exception, 0);
1509         if (!pending_cache) {
1510                 DMERR("Couldn't create pending cache.");
1511                 r = -ENOMEM;
1512                 goto bad4;
1513         }
1514
1515         tracked_chunk_cache = KMEM_CACHE(dm_snap_tracked_chunk, 0);
1516         if (!tracked_chunk_cache) {
1517                 DMERR("Couldn't create cache to track chunks in use.");
1518                 r = -ENOMEM;
1519                 goto bad5;
1520         }
1521
1522         ksnapd = create_singlethread_workqueue("ksnapd");
1523         if (!ksnapd) {
1524                 DMERR("Failed to create ksnapd workqueue.");
1525                 r = -ENOMEM;
1526                 goto bad_pending_pool;
1527         }
1528
1529         return 0;
1530
1531 bad_pending_pool:
1532         kmem_cache_destroy(tracked_chunk_cache);
1533 bad5:
1534         kmem_cache_destroy(pending_cache);
1535 bad4:
1536         kmem_cache_destroy(exception_cache);
1537 bad3:
1538         exit_origin_hash();
1539 bad2:
1540         dm_unregister_target(&origin_target);
1541 bad1:
1542         dm_unregister_target(&snapshot_target);
1543
1544 bad_register_snapshot_target:
1545         dm_exception_store_exit();
1546         return r;
1547 }
1548
1549 static void __exit dm_snapshot_exit(void)
1550 {
1551         destroy_workqueue(ksnapd);
1552
1553         dm_unregister_target(&snapshot_target);
1554         dm_unregister_target(&origin_target);
1555
1556         exit_origin_hash();
1557         kmem_cache_destroy(pending_cache);
1558         kmem_cache_destroy(exception_cache);
1559         kmem_cache_destroy(tracked_chunk_cache);
1560
1561         dm_exception_store_exit();
1562 }
1563
1564 /* Module hooks */
1565 module_init(dm_snapshot_init);
1566 module_exit(dm_snapshot_exit);
1567
1568 MODULE_DESCRIPTION(DM_NAME " snapshot target");
1569 MODULE_AUTHOR("Joe Thornber");
1570 MODULE_LICENSE("GPL");