xref: /openbmc/linux/drivers/md/dm-cache-policy-smq.c (revision 66a636356647a9be8885c2ce2948de126577698a)
1*66a63635SJoe Thornber /*
2*66a63635SJoe Thornber  * Copyright (C) 2015 Red Hat. All rights reserved.
3*66a63635SJoe Thornber  *
4*66a63635SJoe Thornber  * This file is released under the GPL.
5*66a63635SJoe Thornber  */
6*66a63635SJoe Thornber 
7*66a63635SJoe Thornber #include "dm-cache-policy.h"
8*66a63635SJoe Thornber #include "dm-cache-policy-internal.h"
9*66a63635SJoe Thornber #include "dm.h"
10*66a63635SJoe Thornber 
11*66a63635SJoe Thornber #include <linux/hash.h>
12*66a63635SJoe Thornber #include <linux/jiffies.h>
13*66a63635SJoe Thornber #include <linux/module.h>
14*66a63635SJoe Thornber #include <linux/mutex.h>
15*66a63635SJoe Thornber #include <linux/vmalloc.h>
16*66a63635SJoe Thornber #include <linux/math64.h>
17*66a63635SJoe Thornber 
18*66a63635SJoe Thornber #define DM_MSG_PREFIX "cache-policy-smq"
19*66a63635SJoe Thornber 
20*66a63635SJoe Thornber /*----------------------------------------------------------------*/
21*66a63635SJoe Thornber 
22*66a63635SJoe Thornber /*
23*66a63635SJoe Thornber  * Safe division functions that return zero on divide by zero.
24*66a63635SJoe Thornber  */
25*66a63635SJoe Thornber static unsigned safe_div(unsigned n, unsigned d)
26*66a63635SJoe Thornber {
27*66a63635SJoe Thornber 	return d ? n / d : 0u;
28*66a63635SJoe Thornber }
29*66a63635SJoe Thornber 
30*66a63635SJoe Thornber static unsigned safe_mod(unsigned n, unsigned d)
31*66a63635SJoe Thornber {
32*66a63635SJoe Thornber 	return d ? n % d : 0u;
33*66a63635SJoe Thornber }
34*66a63635SJoe Thornber 
35*66a63635SJoe Thornber /*----------------------------------------------------------------*/
36*66a63635SJoe Thornber 
37*66a63635SJoe Thornber struct entry {
38*66a63635SJoe Thornber 	unsigned hash_next:28;
39*66a63635SJoe Thornber 	unsigned prev:28;
40*66a63635SJoe Thornber 	unsigned next:28;
41*66a63635SJoe Thornber 	unsigned level:7;
42*66a63635SJoe Thornber 	bool dirty:1;
43*66a63635SJoe Thornber 	bool allocated:1;
44*66a63635SJoe Thornber 	bool sentinel:1;
45*66a63635SJoe Thornber 
46*66a63635SJoe Thornber 	dm_oblock_t oblock;
47*66a63635SJoe Thornber };
48*66a63635SJoe Thornber 
49*66a63635SJoe Thornber /*----------------------------------------------------------------*/
50*66a63635SJoe Thornber 
51*66a63635SJoe Thornber #define INDEXER_NULL ((1u << 28u) - 1u)
52*66a63635SJoe Thornber 
53*66a63635SJoe Thornber /*
54*66a63635SJoe Thornber  * An entry_space manages a set of entries that we use for the queues.
55*66a63635SJoe Thornber  * The clean and dirty queues share entries, so this object is separate
56*66a63635SJoe Thornber  * from the queue itself.
57*66a63635SJoe Thornber  */
58*66a63635SJoe Thornber struct entry_space {
59*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *begin;
60*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *end;
61*66a63635SJoe Thornber };
62*66a63635SJoe Thornber 
63*66a63635SJoe Thornber static int space_init(struct entry_space *es, unsigned nr_entries)
64*66a63635SJoe Thornber {
65*66a63635SJoe Thornber 	if (!nr_entries) {
66*66a63635SJoe Thornber 		es->begin = es->end = NULL;
67*66a63635SJoe Thornber 		return 0;
68*66a63635SJoe Thornber 	}
69*66a63635SJoe Thornber 
70*66a63635SJoe Thornber 	es->begin = vzalloc(sizeof(struct entry) * nr_entries);
71*66a63635SJoe Thornber 	if (!es->begin)
72*66a63635SJoe Thornber 		return -ENOMEM;
73*66a63635SJoe Thornber 
74*66a63635SJoe Thornber 	es->end = es->begin + nr_entries;
75*66a63635SJoe Thornber 	return 0;
76*66a63635SJoe Thornber }
77*66a63635SJoe Thornber 
78*66a63635SJoe Thornber static void space_exit(struct entry_space *es)
79*66a63635SJoe Thornber {
80*66a63635SJoe Thornber 	vfree(es->begin);
81*66a63635SJoe Thornber }
82*66a63635SJoe Thornber 
83*66a63635SJoe Thornber static struct entry *__get_entry(struct entry_space *es, unsigned block)
84*66a63635SJoe Thornber {
85*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e;
86*66a63635SJoe Thornber 
87*66a63635SJoe Thornber 	e = es->begin + block;
88*66a63635SJoe Thornber 	BUG_ON(e >= es->end);
89*66a63635SJoe Thornber 
90*66a63635SJoe Thornber 	return e;
91*66a63635SJoe Thornber }
92*66a63635SJoe Thornber 
93*66a63635SJoe Thornber static unsigned to_index(struct entry_space *es, struct entry *e)
94*66a63635SJoe Thornber {
95*66a63635SJoe Thornber 	BUG_ON(e < es->begin || e >= es->end);
96*66a63635SJoe Thornber 	return e - es->begin;
97*66a63635SJoe Thornber }
98*66a63635SJoe Thornber 
99*66a63635SJoe Thornber static struct entry *to_entry(struct entry_space *es, unsigned block)
100*66a63635SJoe Thornber {
101*66a63635SJoe Thornber 	if (block == INDEXER_NULL)
102*66a63635SJoe Thornber 		return NULL;
103*66a63635SJoe Thornber 
104*66a63635SJoe Thornber 	return __get_entry(es, block);
105*66a63635SJoe Thornber }
106*66a63635SJoe Thornber 
107*66a63635SJoe Thornber /*----------------------------------------------------------------*/
108*66a63635SJoe Thornber 
109*66a63635SJoe Thornber struct ilist {
110*66a63635SJoe Thornber 	unsigned nr_elts;	/* excluding sentinel entries */
111*66a63635SJoe Thornber 	unsigned head, tail;
112*66a63635SJoe Thornber };
113*66a63635SJoe Thornber 
114*66a63635SJoe Thornber static void l_init(struct ilist *l)
115*66a63635SJoe Thornber {
116*66a63635SJoe Thornber 	l->nr_elts = 0;
117*66a63635SJoe Thornber 	l->head = l->tail = INDEXER_NULL;
118*66a63635SJoe Thornber }
119*66a63635SJoe Thornber 
120*66a63635SJoe Thornber static struct entry *l_head(struct entry_space *es, struct ilist *l)
121*66a63635SJoe Thornber {
122*66a63635SJoe Thornber 	return to_entry(es, l->head);
123*66a63635SJoe Thornber }
124*66a63635SJoe Thornber 
125*66a63635SJoe Thornber static struct entry *l_tail(struct entry_space *es, struct ilist *l)
126*66a63635SJoe Thornber {
127*66a63635SJoe Thornber 	return to_entry(es, l->tail);
128*66a63635SJoe Thornber }
129*66a63635SJoe Thornber 
130*66a63635SJoe Thornber static struct entry *l_next(struct entry_space *es, struct entry *e)
131*66a63635SJoe Thornber {
132*66a63635SJoe Thornber 	return to_entry(es, e->next);
133*66a63635SJoe Thornber }
134*66a63635SJoe Thornber 
135*66a63635SJoe Thornber static struct entry *l_prev(struct entry_space *es, struct entry *e)
136*66a63635SJoe Thornber {
137*66a63635SJoe Thornber 	return to_entry(es, e->prev);
138*66a63635SJoe Thornber }
139*66a63635SJoe Thornber 
140*66a63635SJoe Thornber static bool l_empty(struct ilist *l)
141*66a63635SJoe Thornber {
142*66a63635SJoe Thornber 	return l->head == INDEXER_NULL;
143*66a63635SJoe Thornber }
144*66a63635SJoe Thornber 
145*66a63635SJoe Thornber static void l_add_head(struct entry_space *es, struct ilist *l, struct entry *e)
146*66a63635SJoe Thornber {
147*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *head = l_head(es, l);
148*66a63635SJoe Thornber 
149*66a63635SJoe Thornber 	e->next = l->head;
150*66a63635SJoe Thornber 	e->prev = INDEXER_NULL;
151*66a63635SJoe Thornber 
152*66a63635SJoe Thornber 	if (head)
153*66a63635SJoe Thornber 		head->prev = l->head = to_index(es, e);
154*66a63635SJoe Thornber 	else
155*66a63635SJoe Thornber 		l->head = l->tail = to_index(es, e);
156*66a63635SJoe Thornber 
157*66a63635SJoe Thornber 	if (!e->sentinel)
158*66a63635SJoe Thornber 		l->nr_elts++;
159*66a63635SJoe Thornber }
160*66a63635SJoe Thornber 
161*66a63635SJoe Thornber static void l_add_tail(struct entry_space *es, struct ilist *l, struct entry *e)
162*66a63635SJoe Thornber {
163*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *tail = l_tail(es, l);
164*66a63635SJoe Thornber 
165*66a63635SJoe Thornber 	e->next = INDEXER_NULL;
166*66a63635SJoe Thornber 	e->prev = l->tail;
167*66a63635SJoe Thornber 
168*66a63635SJoe Thornber 	if (tail)
169*66a63635SJoe Thornber 		tail->next = l->tail = to_index(es, e);
170*66a63635SJoe Thornber 	else
171*66a63635SJoe Thornber 		l->head = l->tail = to_index(es, e);
172*66a63635SJoe Thornber 
173*66a63635SJoe Thornber 	if (!e->sentinel)
174*66a63635SJoe Thornber 		l->nr_elts++;
175*66a63635SJoe Thornber }
176*66a63635SJoe Thornber 
177*66a63635SJoe Thornber static void l_add_before(struct entry_space *es, struct ilist *l,
178*66a63635SJoe Thornber 			 struct entry *old, struct entry *e)
179*66a63635SJoe Thornber {
180*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *prev = l_prev(es, old);
181*66a63635SJoe Thornber 
182*66a63635SJoe Thornber 	if (!prev)
183*66a63635SJoe Thornber 		l_add_head(es, l, e);
184*66a63635SJoe Thornber 
185*66a63635SJoe Thornber 	else {
186*66a63635SJoe Thornber 		e->prev = old->prev;
187*66a63635SJoe Thornber 		e->next = to_index(es, old);
188*66a63635SJoe Thornber 		prev->next = old->prev = to_index(es, e);
189*66a63635SJoe Thornber 
190*66a63635SJoe Thornber 		if (!e->sentinel)
191*66a63635SJoe Thornber 			l->nr_elts++;
192*66a63635SJoe Thornber 	}
193*66a63635SJoe Thornber }
194*66a63635SJoe Thornber 
195*66a63635SJoe Thornber static void l_del(struct entry_space *es, struct ilist *l, struct entry *e)
196*66a63635SJoe Thornber {
197*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *prev = l_prev(es, e);
198*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *next = l_next(es, e);
199*66a63635SJoe Thornber 
200*66a63635SJoe Thornber 	if (prev)
201*66a63635SJoe Thornber 		prev->next = e->next;
202*66a63635SJoe Thornber 	else
203*66a63635SJoe Thornber 		l->head = e->next;
204*66a63635SJoe Thornber 
205*66a63635SJoe Thornber 	if (next)
206*66a63635SJoe Thornber 		next->prev = e->prev;
207*66a63635SJoe Thornber 	else
208*66a63635SJoe Thornber 		l->tail = e->prev;
209*66a63635SJoe Thornber 
210*66a63635SJoe Thornber 	if (!e->sentinel)
211*66a63635SJoe Thornber 		l->nr_elts--;
212*66a63635SJoe Thornber }
213*66a63635SJoe Thornber 
214*66a63635SJoe Thornber static struct entry *l_pop_tail(struct entry_space *es, struct ilist *l)
215*66a63635SJoe Thornber {
216*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e;
217*66a63635SJoe Thornber 
218*66a63635SJoe Thornber 	for (e = l_tail(es, l); e; e = l_prev(es, e))
219*66a63635SJoe Thornber 		if (!e->sentinel) {
220*66a63635SJoe Thornber 			l_del(es, l, e);
221*66a63635SJoe Thornber 			return e;
222*66a63635SJoe Thornber 		}
223*66a63635SJoe Thornber 
224*66a63635SJoe Thornber 	return NULL;
225*66a63635SJoe Thornber }
226*66a63635SJoe Thornber 
227*66a63635SJoe Thornber /*----------------------------------------------------------------*/
228*66a63635SJoe Thornber 
229*66a63635SJoe Thornber /*
230*66a63635SJoe Thornber  * The stochastic-multi-queue is a set of lru lists stacked into levels.
231*66a63635SJoe Thornber  * Entries are moved up levels when they are used, which loosely orders the
232*66a63635SJoe Thornber  * most accessed entries in the top levels and least in the bottom.  This
233*66a63635SJoe Thornber  * structure is *much* better than a single lru list.
234*66a63635SJoe Thornber  */
235*66a63635SJoe Thornber #define MAX_LEVELS 64u
236*66a63635SJoe Thornber 
237*66a63635SJoe Thornber struct queue {
238*66a63635SJoe Thornber 	struct entry_space *es;
239*66a63635SJoe Thornber 
240*66a63635SJoe Thornber 	unsigned nr_elts;
241*66a63635SJoe Thornber 	unsigned nr_levels;
242*66a63635SJoe Thornber 	struct ilist qs[MAX_LEVELS];
243*66a63635SJoe Thornber 
244*66a63635SJoe Thornber 	/*
245*66a63635SJoe Thornber 	 * We maintain a count of the number of entries we would like in each
246*66a63635SJoe Thornber 	 * level.
247*66a63635SJoe Thornber 	 */
248*66a63635SJoe Thornber 	unsigned last_target_nr_elts;
249*66a63635SJoe Thornber 	unsigned nr_top_levels;
250*66a63635SJoe Thornber 	unsigned nr_in_top_levels;
251*66a63635SJoe Thornber 	unsigned target_count[MAX_LEVELS];
252*66a63635SJoe Thornber };
253*66a63635SJoe Thornber 
254*66a63635SJoe Thornber static void q_init(struct queue *q, struct entry_space *es, unsigned nr_levels)
255*66a63635SJoe Thornber {
256*66a63635SJoe Thornber 	unsigned i;
257*66a63635SJoe Thornber 
258*66a63635SJoe Thornber 	q->es = es;
259*66a63635SJoe Thornber 	q->nr_elts = 0;
260*66a63635SJoe Thornber 	q->nr_levels = nr_levels;
261*66a63635SJoe Thornber 
262*66a63635SJoe Thornber 	for (i = 0; i < q->nr_levels; i++) {
263*66a63635SJoe Thornber 		l_init(q->qs + i);
264*66a63635SJoe Thornber 		q->target_count[i] = 0u;
265*66a63635SJoe Thornber 	}
266*66a63635SJoe Thornber 
267*66a63635SJoe Thornber 	q->last_target_nr_elts = 0u;
268*66a63635SJoe Thornber 	q->nr_top_levels = 0u;
269*66a63635SJoe Thornber 	q->nr_in_top_levels = 0u;
270*66a63635SJoe Thornber }
271*66a63635SJoe Thornber 
272*66a63635SJoe Thornber static unsigned q_size(struct queue *q)
273*66a63635SJoe Thornber {
274*66a63635SJoe Thornber 	return q->nr_elts;
275*66a63635SJoe Thornber }
276*66a63635SJoe Thornber 
277*66a63635SJoe Thornber /*
278*66a63635SJoe Thornber  * Insert an entry to the back of the given level.
279*66a63635SJoe Thornber  */
280*66a63635SJoe Thornber static void q_push(struct queue *q, struct entry *e)
281*66a63635SJoe Thornber {
282*66a63635SJoe Thornber 	if (!e->sentinel)
283*66a63635SJoe Thornber 		q->nr_elts++;
284*66a63635SJoe Thornber 
285*66a63635SJoe Thornber 	l_add_tail(q->es, q->qs + e->level, e);
286*66a63635SJoe Thornber }
287*66a63635SJoe Thornber 
288*66a63635SJoe Thornber static void q_push_before(struct queue *q, struct entry *old, struct entry *e)
289*66a63635SJoe Thornber {
290*66a63635SJoe Thornber 	if (!e->sentinel)
291*66a63635SJoe Thornber 		q->nr_elts++;
292*66a63635SJoe Thornber 
293*66a63635SJoe Thornber 	l_add_before(q->es, q->qs + e->level, old, e);
294*66a63635SJoe Thornber }
295*66a63635SJoe Thornber 
296*66a63635SJoe Thornber static void q_del(struct queue *q, struct entry *e)
297*66a63635SJoe Thornber {
298*66a63635SJoe Thornber 	l_del(q->es, q->qs + e->level, e);
299*66a63635SJoe Thornber 	if (!e->sentinel)
300*66a63635SJoe Thornber 		q->nr_elts--;
301*66a63635SJoe Thornber }
302*66a63635SJoe Thornber 
303*66a63635SJoe Thornber /*
304*66a63635SJoe Thornber  * Return the oldest entry of the lowest populated level.
305*66a63635SJoe Thornber  */
306*66a63635SJoe Thornber static struct entry *q_peek(struct queue *q, unsigned max_level, bool can_cross_sentinel)
307*66a63635SJoe Thornber {
308*66a63635SJoe Thornber 	unsigned level;
309*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e;
310*66a63635SJoe Thornber 
311*66a63635SJoe Thornber 	max_level = min(max_level, q->nr_levels);
312*66a63635SJoe Thornber 
313*66a63635SJoe Thornber 	for (level = 0; level < max_level; level++)
314*66a63635SJoe Thornber 		for (e = l_head(q->es, q->qs + level); e; e = l_next(q->es, e)) {
315*66a63635SJoe Thornber 			if (e->sentinel) {
316*66a63635SJoe Thornber 				if (can_cross_sentinel)
317*66a63635SJoe Thornber 					continue;
318*66a63635SJoe Thornber 				else
319*66a63635SJoe Thornber 					break;
320*66a63635SJoe Thornber 			}
321*66a63635SJoe Thornber 
322*66a63635SJoe Thornber 			return e;
323*66a63635SJoe Thornber 		}
324*66a63635SJoe Thornber 
325*66a63635SJoe Thornber 	return NULL;
326*66a63635SJoe Thornber }
327*66a63635SJoe Thornber 
328*66a63635SJoe Thornber static struct entry *q_pop(struct queue *q)
329*66a63635SJoe Thornber {
330*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e = q_peek(q, q->nr_levels, true);
331*66a63635SJoe Thornber 
332*66a63635SJoe Thornber 	if (e)
333*66a63635SJoe Thornber 		q_del(q, e);
334*66a63635SJoe Thornber 
335*66a63635SJoe Thornber 	return e;
336*66a63635SJoe Thornber }
337*66a63635SJoe Thornber 
338*66a63635SJoe Thornber /*
339*66a63635SJoe Thornber  * Pops an entry from a level that is not past a sentinel.
340*66a63635SJoe Thornber  */
341*66a63635SJoe Thornber static struct entry *q_pop_old(struct queue *q, unsigned max_level)
342*66a63635SJoe Thornber {
343*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e = q_peek(q, max_level, false);
344*66a63635SJoe Thornber 
345*66a63635SJoe Thornber 	if (e)
346*66a63635SJoe Thornber 		q_del(q, e);
347*66a63635SJoe Thornber 
348*66a63635SJoe Thornber 	return e;
349*66a63635SJoe Thornber }
350*66a63635SJoe Thornber 
351*66a63635SJoe Thornber /*
352*66a63635SJoe Thornber  * This function assumes there is a non-sentinel entry to pop.  It's only
353*66a63635SJoe Thornber  * used by redistribute, so we know this is true.  It also doesn't adjust
354*66a63635SJoe Thornber  * the q->nr_elts count.
355*66a63635SJoe Thornber  */
356*66a63635SJoe Thornber static struct entry *__redist_pop_from(struct queue *q, unsigned level)
357*66a63635SJoe Thornber {
358*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e;
359*66a63635SJoe Thornber 
360*66a63635SJoe Thornber 	for (; level < q->nr_levels; level++)
361*66a63635SJoe Thornber 		for (e = l_head(q->es, q->qs + level); e; e = l_next(q->es, e))
362*66a63635SJoe Thornber 			if (!e->sentinel) {
363*66a63635SJoe Thornber 				l_del(q->es, q->qs + e->level, e);
364*66a63635SJoe Thornber 				return e;
365*66a63635SJoe Thornber 			}
366*66a63635SJoe Thornber 
367*66a63635SJoe Thornber 	return NULL;
368*66a63635SJoe Thornber }
369*66a63635SJoe Thornber 
370*66a63635SJoe Thornber static void q_set_targets_subrange_(struct queue *q, unsigned nr_elts, unsigned lbegin, unsigned lend)
371*66a63635SJoe Thornber {
372*66a63635SJoe Thornber 	unsigned level, nr_levels, entries_per_level, remainder;
373*66a63635SJoe Thornber 
374*66a63635SJoe Thornber 	BUG_ON(lbegin > lend);
375*66a63635SJoe Thornber 	BUG_ON(lend > q->nr_levels);
376*66a63635SJoe Thornber 	nr_levels = lend - lbegin;
377*66a63635SJoe Thornber 	entries_per_level = safe_div(nr_elts, nr_levels);
378*66a63635SJoe Thornber 	remainder = safe_mod(nr_elts, nr_levels);
379*66a63635SJoe Thornber 
380*66a63635SJoe Thornber 	for (level = lbegin; level < lend; level++)
381*66a63635SJoe Thornber 		q->target_count[level] =
382*66a63635SJoe Thornber 			(level < (lbegin + remainder)) ? entries_per_level + 1u : entries_per_level;
383*66a63635SJoe Thornber }
384*66a63635SJoe Thornber 
385*66a63635SJoe Thornber /*
386*66a63635SJoe Thornber  * Typically we have fewer elements in the top few levels which allows us
387*66a63635SJoe Thornber  * to adjust the promote threshold nicely.
388*66a63635SJoe Thornber  */
389*66a63635SJoe Thornber static void q_set_targets(struct queue *q)
390*66a63635SJoe Thornber {
391*66a63635SJoe Thornber 	if (q->last_target_nr_elts == q->nr_elts)
392*66a63635SJoe Thornber 		return;
393*66a63635SJoe Thornber 
394*66a63635SJoe Thornber 	q->last_target_nr_elts = q->nr_elts;
395*66a63635SJoe Thornber 
396*66a63635SJoe Thornber 	if (q->nr_top_levels > q->nr_levels)
397*66a63635SJoe Thornber 		q_set_targets_subrange_(q, q->nr_elts, 0, q->nr_levels);
398*66a63635SJoe Thornber 
399*66a63635SJoe Thornber 	else {
400*66a63635SJoe Thornber 		q_set_targets_subrange_(q, q->nr_in_top_levels,
401*66a63635SJoe Thornber 					q->nr_levels - q->nr_top_levels, q->nr_levels);
402*66a63635SJoe Thornber 
403*66a63635SJoe Thornber 		if (q->nr_in_top_levels < q->nr_elts)
404*66a63635SJoe Thornber 			q_set_targets_subrange_(q, q->nr_elts - q->nr_in_top_levels,
405*66a63635SJoe Thornber 						0, q->nr_levels - q->nr_top_levels);
406*66a63635SJoe Thornber 		else
407*66a63635SJoe Thornber 			q_set_targets_subrange_(q, 0, 0, q->nr_levels - q->nr_top_levels);
408*66a63635SJoe Thornber 	}
409*66a63635SJoe Thornber }
410*66a63635SJoe Thornber 
411*66a63635SJoe Thornber static void q_redistribute(struct queue *q)
412*66a63635SJoe Thornber {
413*66a63635SJoe Thornber 	unsigned target, level;
414*66a63635SJoe Thornber 	struct ilist *l, *l_above;
415*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e;
416*66a63635SJoe Thornber 
417*66a63635SJoe Thornber 	q_set_targets(q);
418*66a63635SJoe Thornber 
419*66a63635SJoe Thornber 	for (level = 0u; level < q->nr_levels - 1u; level++) {
420*66a63635SJoe Thornber 		l = q->qs + level;
421*66a63635SJoe Thornber 		target = q->target_count[level];
422*66a63635SJoe Thornber 
423*66a63635SJoe Thornber 		/*
424*66a63635SJoe Thornber 		 * Pull down some entries from the level above.
425*66a63635SJoe Thornber 		 */
426*66a63635SJoe Thornber 		while (l->nr_elts < target) {
427*66a63635SJoe Thornber 			e = __redist_pop_from(q, level + 1u);
428*66a63635SJoe Thornber 			if (!e) {
429*66a63635SJoe Thornber 				/* bug in nr_elts */
430*66a63635SJoe Thornber 				break;
431*66a63635SJoe Thornber 			}
432*66a63635SJoe Thornber 
433*66a63635SJoe Thornber 			e->level = level;
434*66a63635SJoe Thornber 			l_add_tail(q->es, l, e);
435*66a63635SJoe Thornber 		}
436*66a63635SJoe Thornber 
437*66a63635SJoe Thornber 		/*
438*66a63635SJoe Thornber 		 * Push some entries up.
439*66a63635SJoe Thornber 		 */
440*66a63635SJoe Thornber 		l_above = q->qs + level + 1u;
441*66a63635SJoe Thornber 		while (l->nr_elts > target) {
442*66a63635SJoe Thornber 			e = l_pop_tail(q->es, l);
443*66a63635SJoe Thornber 
444*66a63635SJoe Thornber 			if (!e)
445*66a63635SJoe Thornber 				/* bug in nr_elts */
446*66a63635SJoe Thornber 				break;
447*66a63635SJoe Thornber 
448*66a63635SJoe Thornber 			e->level = level + 1u;
449*66a63635SJoe Thornber 			l_add_head(q->es, l_above, e);
450*66a63635SJoe Thornber 		}
451*66a63635SJoe Thornber 	}
452*66a63635SJoe Thornber }
453*66a63635SJoe Thornber 
454*66a63635SJoe Thornber static void q_requeue_before(struct queue *q, struct entry *dest, struct entry *e, unsigned extra_levels)
455*66a63635SJoe Thornber {
456*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *de;
457*66a63635SJoe Thornber 	unsigned new_level;
458*66a63635SJoe Thornber 
459*66a63635SJoe Thornber 	q_del(q, e);
460*66a63635SJoe Thornber 
461*66a63635SJoe Thornber 	if (extra_levels && (e->level < q->nr_levels - 1u)) {
462*66a63635SJoe Thornber 		new_level = min(q->nr_levels - 1u, e->level + extra_levels);
463*66a63635SJoe Thornber 		for (de = l_head(q->es, q->qs + new_level); de; de = l_next(q->es, de)) {
464*66a63635SJoe Thornber 			if (de->sentinel)
465*66a63635SJoe Thornber 				continue;
466*66a63635SJoe Thornber 
467*66a63635SJoe Thornber 			q_del(q, de);
468*66a63635SJoe Thornber 			de->level = e->level;
469*66a63635SJoe Thornber 
470*66a63635SJoe Thornber 			if (dest)
471*66a63635SJoe Thornber 				q_push_before(q, dest, de);
472*66a63635SJoe Thornber 			else
473*66a63635SJoe Thornber 				q_push(q, de);
474*66a63635SJoe Thornber 			break;
475*66a63635SJoe Thornber 		}
476*66a63635SJoe Thornber 
477*66a63635SJoe Thornber 		e->level = new_level;
478*66a63635SJoe Thornber 	}
479*66a63635SJoe Thornber 
480*66a63635SJoe Thornber 	q_push(q, e);
481*66a63635SJoe Thornber }
482*66a63635SJoe Thornber 
483*66a63635SJoe Thornber static void q_requeue(struct queue *q, struct entry *e, unsigned extra_levels)
484*66a63635SJoe Thornber {
485*66a63635SJoe Thornber 	q_requeue_before(q, NULL, e, extra_levels);
486*66a63635SJoe Thornber }
487*66a63635SJoe Thornber 
488*66a63635SJoe Thornber /*----------------------------------------------------------------*/
489*66a63635SJoe Thornber 
490*66a63635SJoe Thornber #define FP_SHIFT 8
491*66a63635SJoe Thornber #define SIXTEENTH (1u << (FP_SHIFT - 4u))
492*66a63635SJoe Thornber #define EIGHTH (1u << (FP_SHIFT - 3u))
493*66a63635SJoe Thornber 
494*66a63635SJoe Thornber struct stats {
495*66a63635SJoe Thornber 	unsigned hit_threshold;
496*66a63635SJoe Thornber 	unsigned hits;
497*66a63635SJoe Thornber 	unsigned misses;
498*66a63635SJoe Thornber };
499*66a63635SJoe Thornber 
500*66a63635SJoe Thornber enum performance {
501*66a63635SJoe Thornber 	Q_POOR,
502*66a63635SJoe Thornber 	Q_FAIR,
503*66a63635SJoe Thornber 	Q_WELL
504*66a63635SJoe Thornber };
505*66a63635SJoe Thornber 
506*66a63635SJoe Thornber static void stats_init(struct stats *s, unsigned nr_levels)
507*66a63635SJoe Thornber {
508*66a63635SJoe Thornber 	s->hit_threshold = (nr_levels * 3u) / 4u;
509*66a63635SJoe Thornber 	s->hits = 0u;
510*66a63635SJoe Thornber 	s->misses = 0u;
511*66a63635SJoe Thornber }
512*66a63635SJoe Thornber 
513*66a63635SJoe Thornber static void stats_reset(struct stats *s)
514*66a63635SJoe Thornber {
515*66a63635SJoe Thornber 	s->hits = s->misses = 0u;
516*66a63635SJoe Thornber }
517*66a63635SJoe Thornber 
518*66a63635SJoe Thornber static void stats_level_accessed(struct stats *s, unsigned level)
519*66a63635SJoe Thornber {
520*66a63635SJoe Thornber 	if (level >= s->hit_threshold)
521*66a63635SJoe Thornber 		s->hits++;
522*66a63635SJoe Thornber 	else
523*66a63635SJoe Thornber 		s->misses++;
524*66a63635SJoe Thornber }
525*66a63635SJoe Thornber 
526*66a63635SJoe Thornber static void stats_miss(struct stats *s)
527*66a63635SJoe Thornber {
528*66a63635SJoe Thornber 	s->misses++;
529*66a63635SJoe Thornber }
530*66a63635SJoe Thornber 
531*66a63635SJoe Thornber /*
532*66a63635SJoe Thornber  * There are times when we don't have any confidence in the hotspot queue.
533*66a63635SJoe Thornber  * Such as when a fresh cache is created and the blocks have been spread
534*66a63635SJoe Thornber  * out across the levels, or if an io load changes.  We detect this by
535*66a63635SJoe Thornber  * seeing how often a lookup is in the top levels of the hotspot queue.
536*66a63635SJoe Thornber  */
537*66a63635SJoe Thornber static enum performance stats_assess(struct stats *s)
538*66a63635SJoe Thornber {
539*66a63635SJoe Thornber 	unsigned confidence = safe_div(s->hits << FP_SHIFT, s->hits + s->misses);
540*66a63635SJoe Thornber 
541*66a63635SJoe Thornber 	if (confidence < SIXTEENTH)
542*66a63635SJoe Thornber 		return Q_POOR;
543*66a63635SJoe Thornber 
544*66a63635SJoe Thornber 	else if (confidence < EIGHTH)
545*66a63635SJoe Thornber 		return Q_FAIR;
546*66a63635SJoe Thornber 
547*66a63635SJoe Thornber 	else
548*66a63635SJoe Thornber 		return Q_WELL;
549*66a63635SJoe Thornber }
550*66a63635SJoe Thornber 
551*66a63635SJoe Thornber /*----------------------------------------------------------------*/
552*66a63635SJoe Thornber 
553*66a63635SJoe Thornber struct hash_table {
554*66a63635SJoe Thornber 	struct entry_space *es;
555*66a63635SJoe Thornber 	unsigned long long hash_bits;
556*66a63635SJoe Thornber 	unsigned *buckets;
557*66a63635SJoe Thornber };
558*66a63635SJoe Thornber 
559*66a63635SJoe Thornber /*
560*66a63635SJoe Thornber  * All cache entries are stored in a chained hash table.  To save space we
561*66a63635SJoe Thornber  * use indexing again, and only store indexes to the next entry.
562*66a63635SJoe Thornber  */
563*66a63635SJoe Thornber static int h_init(struct hash_table *ht, struct entry_space *es, unsigned nr_entries)
564*66a63635SJoe Thornber {
565*66a63635SJoe Thornber 	unsigned i, nr_buckets;
566*66a63635SJoe Thornber 
567*66a63635SJoe Thornber 	ht->es = es;
568*66a63635SJoe Thornber 	nr_buckets = roundup_pow_of_two(max(nr_entries / 4u, 16u));
569*66a63635SJoe Thornber 	ht->hash_bits = ffs(nr_buckets) - 1;
570*66a63635SJoe Thornber 
571*66a63635SJoe Thornber 	ht->buckets = vmalloc(sizeof(*ht->buckets) * nr_buckets);
572*66a63635SJoe Thornber 	if (!ht->buckets)
573*66a63635SJoe Thornber 		return -ENOMEM;
574*66a63635SJoe Thornber 
575*66a63635SJoe Thornber 	for (i = 0; i < nr_buckets; i++)
576*66a63635SJoe Thornber 		ht->buckets[i] = INDEXER_NULL;
577*66a63635SJoe Thornber 
578*66a63635SJoe Thornber 	return 0;
579*66a63635SJoe Thornber }
580*66a63635SJoe Thornber 
581*66a63635SJoe Thornber static void h_exit(struct hash_table *ht)
582*66a63635SJoe Thornber {
583*66a63635SJoe Thornber 	vfree(ht->buckets);
584*66a63635SJoe Thornber }
585*66a63635SJoe Thornber 
586*66a63635SJoe Thornber static struct entry *h_head(struct hash_table *ht, unsigned bucket)
587*66a63635SJoe Thornber {
588*66a63635SJoe Thornber 	return to_entry(ht->es, ht->buckets[bucket]);
589*66a63635SJoe Thornber }
590*66a63635SJoe Thornber 
591*66a63635SJoe Thornber static struct entry *h_next(struct hash_table *ht, struct entry *e)
592*66a63635SJoe Thornber {
593*66a63635SJoe Thornber 	return to_entry(ht->es, e->hash_next);
594*66a63635SJoe Thornber }
595*66a63635SJoe Thornber 
596*66a63635SJoe Thornber static void __h_insert(struct hash_table *ht, unsigned bucket, struct entry *e)
597*66a63635SJoe Thornber {
598*66a63635SJoe Thornber 	e->hash_next = ht->buckets[bucket];
599*66a63635SJoe Thornber 	ht->buckets[bucket] = to_index(ht->es, e);
600*66a63635SJoe Thornber }
601*66a63635SJoe Thornber 
602*66a63635SJoe Thornber static void h_insert(struct hash_table *ht, struct entry *e)
603*66a63635SJoe Thornber {
604*66a63635SJoe Thornber 	unsigned h = hash_64(from_oblock(e->oblock), ht->hash_bits);
605*66a63635SJoe Thornber 	__h_insert(ht, h, e);
606*66a63635SJoe Thornber }
607*66a63635SJoe Thornber 
608*66a63635SJoe Thornber static struct entry *__h_lookup(struct hash_table *ht, unsigned h, dm_oblock_t oblock,
609*66a63635SJoe Thornber 				struct entry **prev)
610*66a63635SJoe Thornber {
611*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e;
612*66a63635SJoe Thornber 
613*66a63635SJoe Thornber 	*prev = NULL;
614*66a63635SJoe Thornber 	for (e = h_head(ht, h); e; e = h_next(ht, e)) {
615*66a63635SJoe Thornber 		if (e->oblock == oblock)
616*66a63635SJoe Thornber 			return e;
617*66a63635SJoe Thornber 
618*66a63635SJoe Thornber 		*prev = e;
619*66a63635SJoe Thornber 	}
620*66a63635SJoe Thornber 
621*66a63635SJoe Thornber 	return NULL;
622*66a63635SJoe Thornber }
623*66a63635SJoe Thornber 
624*66a63635SJoe Thornber static void __h_unlink(struct hash_table *ht, unsigned h,
625*66a63635SJoe Thornber 		       struct entry *e, struct entry *prev)
626*66a63635SJoe Thornber {
627*66a63635SJoe Thornber 	if (prev)
628*66a63635SJoe Thornber 		prev->hash_next = e->hash_next;
629*66a63635SJoe Thornber 	else
630*66a63635SJoe Thornber 		ht->buckets[h] = e->hash_next;
631*66a63635SJoe Thornber }
632*66a63635SJoe Thornber 
633*66a63635SJoe Thornber /*
634*66a63635SJoe Thornber  * Also moves each entry to the front of the bucket.
635*66a63635SJoe Thornber  */
636*66a63635SJoe Thornber static struct entry *h_lookup(struct hash_table *ht, dm_oblock_t oblock)
637*66a63635SJoe Thornber {
638*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e, *prev;
639*66a63635SJoe Thornber 	unsigned h = hash_64(from_oblock(oblock), ht->hash_bits);
640*66a63635SJoe Thornber 
641*66a63635SJoe Thornber 	e = __h_lookup(ht, h, oblock, &prev);
642*66a63635SJoe Thornber 	if (e && prev) {
643*66a63635SJoe Thornber 		/*
644*66a63635SJoe Thornber 		 * Move to the front because this entry is likely
645*66a63635SJoe Thornber 		 * to be hit again.
646*66a63635SJoe Thornber 		 */
647*66a63635SJoe Thornber 		__h_unlink(ht, h, e, prev);
648*66a63635SJoe Thornber 		__h_insert(ht, h, e);
649*66a63635SJoe Thornber 	}
650*66a63635SJoe Thornber 
651*66a63635SJoe Thornber 	return e;
652*66a63635SJoe Thornber }
653*66a63635SJoe Thornber 
654*66a63635SJoe Thornber static void h_remove(struct hash_table *ht, struct entry *e)
655*66a63635SJoe Thornber {
656*66a63635SJoe Thornber 	unsigned h = hash_64(from_oblock(e->oblock), ht->hash_bits);
657*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *prev;
658*66a63635SJoe Thornber 
659*66a63635SJoe Thornber 	/*
660*66a63635SJoe Thornber 	 * The down side of using a singly linked list is we have to
661*66a63635SJoe Thornber 	 * iterate the bucket to remove an item.
662*66a63635SJoe Thornber 	 */
663*66a63635SJoe Thornber 	e = __h_lookup(ht, h, e->oblock, &prev);
664*66a63635SJoe Thornber 	if (e)
665*66a63635SJoe Thornber 		__h_unlink(ht, h, e, prev);
666*66a63635SJoe Thornber }
667*66a63635SJoe Thornber 
668*66a63635SJoe Thornber /*----------------------------------------------------------------*/
669*66a63635SJoe Thornber 
670*66a63635SJoe Thornber struct entry_alloc {
671*66a63635SJoe Thornber 	struct entry_space *es;
672*66a63635SJoe Thornber 	unsigned begin;
673*66a63635SJoe Thornber 
674*66a63635SJoe Thornber 	unsigned nr_allocated;
675*66a63635SJoe Thornber 	struct ilist free;
676*66a63635SJoe Thornber };
677*66a63635SJoe Thornber 
678*66a63635SJoe Thornber static void init_allocator(struct entry_alloc *ea, struct entry_space *es,
679*66a63635SJoe Thornber 			   unsigned begin, unsigned end)
680*66a63635SJoe Thornber {
681*66a63635SJoe Thornber 	unsigned i;
682*66a63635SJoe Thornber 
683*66a63635SJoe Thornber 	ea->es = es;
684*66a63635SJoe Thornber 	ea->nr_allocated = 0u;
685*66a63635SJoe Thornber 	ea->begin = begin;
686*66a63635SJoe Thornber 
687*66a63635SJoe Thornber 	l_init(&ea->free);
688*66a63635SJoe Thornber 	for (i = begin; i != end; i++)
689*66a63635SJoe Thornber 		l_add_tail(ea->es, &ea->free, __get_entry(ea->es, i));
690*66a63635SJoe Thornber }
691*66a63635SJoe Thornber 
692*66a63635SJoe Thornber static void init_entry(struct entry *e)
693*66a63635SJoe Thornber {
694*66a63635SJoe Thornber 	/*
695*66a63635SJoe Thornber 	 * We can't memset because that would clear the hotspot and
696*66a63635SJoe Thornber 	 * sentinel bits which remain constant.
697*66a63635SJoe Thornber 	 */
698*66a63635SJoe Thornber 	e->hash_next = INDEXER_NULL;
699*66a63635SJoe Thornber 	e->next = INDEXER_NULL;
700*66a63635SJoe Thornber 	e->prev = INDEXER_NULL;
701*66a63635SJoe Thornber 	e->level = 0u;
702*66a63635SJoe Thornber 	e->allocated = true;
703*66a63635SJoe Thornber }
704*66a63635SJoe Thornber 
705*66a63635SJoe Thornber static struct entry *alloc_entry(struct entry_alloc *ea)
706*66a63635SJoe Thornber {
707*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e;
708*66a63635SJoe Thornber 
709*66a63635SJoe Thornber 	if (l_empty(&ea->free))
710*66a63635SJoe Thornber 		return NULL;
711*66a63635SJoe Thornber 
712*66a63635SJoe Thornber 	e = l_pop_tail(ea->es, &ea->free);
713*66a63635SJoe Thornber 	init_entry(e);
714*66a63635SJoe Thornber 	ea->nr_allocated++;
715*66a63635SJoe Thornber 
716*66a63635SJoe Thornber 	return e;
717*66a63635SJoe Thornber }
718*66a63635SJoe Thornber 
719*66a63635SJoe Thornber /*
720*66a63635SJoe Thornber  * This assumes the cblock hasn't already been allocated.
721*66a63635SJoe Thornber  */
722*66a63635SJoe Thornber static struct entry *alloc_particular_entry(struct entry_alloc *ea, unsigned i)
723*66a63635SJoe Thornber {
724*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e = __get_entry(ea->es, ea->begin + i);
725*66a63635SJoe Thornber 
726*66a63635SJoe Thornber 	BUG_ON(e->allocated);
727*66a63635SJoe Thornber 
728*66a63635SJoe Thornber 	l_del(ea->es, &ea->free, e);
729*66a63635SJoe Thornber 	init_entry(e);
730*66a63635SJoe Thornber 	ea->nr_allocated++;
731*66a63635SJoe Thornber 
732*66a63635SJoe Thornber 	return e;
733*66a63635SJoe Thornber }
734*66a63635SJoe Thornber 
735*66a63635SJoe Thornber static void free_entry(struct entry_alloc *ea, struct entry *e)
736*66a63635SJoe Thornber {
737*66a63635SJoe Thornber 	BUG_ON(!ea->nr_allocated);
738*66a63635SJoe Thornber 	BUG_ON(!e->allocated);
739*66a63635SJoe Thornber 
740*66a63635SJoe Thornber 	ea->nr_allocated--;
741*66a63635SJoe Thornber 	e->allocated = false;
742*66a63635SJoe Thornber 	l_add_tail(ea->es, &ea->free, e);
743*66a63635SJoe Thornber }
744*66a63635SJoe Thornber 
745*66a63635SJoe Thornber static bool allocator_empty(struct entry_alloc *ea)
746*66a63635SJoe Thornber {
747*66a63635SJoe Thornber 	return l_empty(&ea->free);
748*66a63635SJoe Thornber }
749*66a63635SJoe Thornber 
750*66a63635SJoe Thornber static unsigned get_index(struct entry_alloc *ea, struct entry *e)
751*66a63635SJoe Thornber {
752*66a63635SJoe Thornber 	return to_index(ea->es, e) - ea->begin;
753*66a63635SJoe Thornber }
754*66a63635SJoe Thornber 
755*66a63635SJoe Thornber static struct entry *get_entry(struct entry_alloc *ea, unsigned index)
756*66a63635SJoe Thornber {
757*66a63635SJoe Thornber 	return __get_entry(ea->es, ea->begin + index);
758*66a63635SJoe Thornber }
759*66a63635SJoe Thornber 
760*66a63635SJoe Thornber /*----------------------------------------------------------------*/
761*66a63635SJoe Thornber 
762*66a63635SJoe Thornber #define NR_HOTSPOT_LEVELS 64u
763*66a63635SJoe Thornber #define NR_CACHE_LEVELS 64u
764*66a63635SJoe Thornber 
765*66a63635SJoe Thornber #define WRITEBACK_PERIOD (10 * HZ)
766*66a63635SJoe Thornber #define DEMOTE_PERIOD (60 * HZ)
767*66a63635SJoe Thornber 
768*66a63635SJoe Thornber #define HOTSPOT_UPDATE_PERIOD (HZ)
769*66a63635SJoe Thornber #define CACHE_UPDATE_PERIOD (10u * HZ)
770*66a63635SJoe Thornber 
771*66a63635SJoe Thornber struct smq_policy {
772*66a63635SJoe Thornber 	struct dm_cache_policy policy;
773*66a63635SJoe Thornber 
774*66a63635SJoe Thornber 	/* protects everything */
775*66a63635SJoe Thornber 	struct mutex lock;
776*66a63635SJoe Thornber 	dm_cblock_t cache_size;
777*66a63635SJoe Thornber 	sector_t cache_block_size;
778*66a63635SJoe Thornber 
779*66a63635SJoe Thornber 	sector_t hotspot_block_size;
780*66a63635SJoe Thornber 	unsigned nr_hotspot_blocks;
781*66a63635SJoe Thornber 	unsigned cache_blocks_per_hotspot_block;
782*66a63635SJoe Thornber 	unsigned hotspot_level_jump;
783*66a63635SJoe Thornber 
784*66a63635SJoe Thornber 	struct entry_space es;
785*66a63635SJoe Thornber 	struct entry_alloc writeback_sentinel_alloc;
786*66a63635SJoe Thornber 	struct entry_alloc demote_sentinel_alloc;
787*66a63635SJoe Thornber 	struct entry_alloc hotspot_alloc;
788*66a63635SJoe Thornber 	struct entry_alloc cache_alloc;
789*66a63635SJoe Thornber 
790*66a63635SJoe Thornber 	unsigned long *hotspot_hit_bits;
791*66a63635SJoe Thornber 	unsigned long *cache_hit_bits;
792*66a63635SJoe Thornber 
793*66a63635SJoe Thornber 	/*
794*66a63635SJoe Thornber 	 * We maintain three queues of entries.  The cache proper,
795*66a63635SJoe Thornber 	 * consisting of a clean and dirty queue, containing the currently
796*66a63635SJoe Thornber 	 * active mappings.  The hotspot queue uses a larger block size to
797*66a63635SJoe Thornber 	 * track blocks that are being hit frequently and potential
798*66a63635SJoe Thornber 	 * candidates for promotion to the cache.
799*66a63635SJoe Thornber 	 */
800*66a63635SJoe Thornber 	struct queue hotspot;
801*66a63635SJoe Thornber 	struct queue clean;
802*66a63635SJoe Thornber 	struct queue dirty;
803*66a63635SJoe Thornber 
804*66a63635SJoe Thornber 	struct stats hotspot_stats;
805*66a63635SJoe Thornber 	struct stats cache_stats;
806*66a63635SJoe Thornber 
807*66a63635SJoe Thornber 	/*
808*66a63635SJoe Thornber 	 * Keeps track of time, incremented by the core.  We use this to
809*66a63635SJoe Thornber 	 * avoid attributing multiple hits within the same tick.
810*66a63635SJoe Thornber 	 *
811*66a63635SJoe Thornber 	 * Access to tick_protected should be done with the spin lock held.
812*66a63635SJoe Thornber 	 * It's copied to tick at the start of the map function (within the
813*66a63635SJoe Thornber 	 * mutex).
814*66a63635SJoe Thornber 	 */
815*66a63635SJoe Thornber 	spinlock_t tick_lock;
816*66a63635SJoe Thornber 	unsigned tick_protected;
817*66a63635SJoe Thornber 	unsigned tick;
818*66a63635SJoe Thornber 
819*66a63635SJoe Thornber 	/*
820*66a63635SJoe Thornber 	 * The hash tables allows us to quickly find an entry by origin
821*66a63635SJoe Thornber 	 * block.
822*66a63635SJoe Thornber 	 */
823*66a63635SJoe Thornber 	struct hash_table table;
824*66a63635SJoe Thornber 	struct hash_table hotspot_table;
825*66a63635SJoe Thornber 
826*66a63635SJoe Thornber 	bool current_writeback_sentinels;
827*66a63635SJoe Thornber 	unsigned long next_writeback_period;
828*66a63635SJoe Thornber 
829*66a63635SJoe Thornber 	bool current_demote_sentinels;
830*66a63635SJoe Thornber 	unsigned long next_demote_period;
831*66a63635SJoe Thornber 
832*66a63635SJoe Thornber 	unsigned write_promote_level;
833*66a63635SJoe Thornber 	unsigned read_promote_level;
834*66a63635SJoe Thornber 
835*66a63635SJoe Thornber 	unsigned long next_hotspot_period;
836*66a63635SJoe Thornber 	unsigned long next_cache_period;
837*66a63635SJoe Thornber };
838*66a63635SJoe Thornber 
839*66a63635SJoe Thornber /*----------------------------------------------------------------*/
840*66a63635SJoe Thornber 
841*66a63635SJoe Thornber static struct entry *get_sentinel(struct entry_alloc *ea, unsigned level, bool which)
842*66a63635SJoe Thornber {
843*66a63635SJoe Thornber 	return get_entry(ea, which ? level : NR_CACHE_LEVELS + level);
844*66a63635SJoe Thornber }
845*66a63635SJoe Thornber 
846*66a63635SJoe Thornber static struct entry *writeback_sentinel(struct smq_policy *mq, unsigned level)
847*66a63635SJoe Thornber {
848*66a63635SJoe Thornber 	return get_sentinel(&mq->writeback_sentinel_alloc, level, mq->current_writeback_sentinels);
849*66a63635SJoe Thornber }
850*66a63635SJoe Thornber 
851*66a63635SJoe Thornber static struct entry *demote_sentinel(struct smq_policy *mq, unsigned level)
852*66a63635SJoe Thornber {
853*66a63635SJoe Thornber 	return get_sentinel(&mq->demote_sentinel_alloc, level, mq->current_demote_sentinels);
854*66a63635SJoe Thornber }
855*66a63635SJoe Thornber 
856*66a63635SJoe Thornber static void __update_writeback_sentinels(struct smq_policy *mq)
857*66a63635SJoe Thornber {
858*66a63635SJoe Thornber 	unsigned level;
859*66a63635SJoe Thornber 	struct queue *q = &mq->dirty;
860*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *sentinel;
861*66a63635SJoe Thornber 
862*66a63635SJoe Thornber 	for (level = 0; level < q->nr_levels; level++) {
863*66a63635SJoe Thornber 		sentinel = writeback_sentinel(mq, level);
864*66a63635SJoe Thornber 		q_del(q, sentinel);
865*66a63635SJoe Thornber 		q_push(q, sentinel);
866*66a63635SJoe Thornber 	}
867*66a63635SJoe Thornber }
868*66a63635SJoe Thornber 
869*66a63635SJoe Thornber static void __update_demote_sentinels(struct smq_policy *mq)
870*66a63635SJoe Thornber {
871*66a63635SJoe Thornber 	unsigned level;
872*66a63635SJoe Thornber 	struct queue *q = &mq->clean;
873*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *sentinel;
874*66a63635SJoe Thornber 
875*66a63635SJoe Thornber 	for (level = 0; level < q->nr_levels; level++) {
876*66a63635SJoe Thornber 		sentinel = demote_sentinel(mq, level);
877*66a63635SJoe Thornber 		q_del(q, sentinel);
878*66a63635SJoe Thornber 		q_push(q, sentinel);
879*66a63635SJoe Thornber 	}
880*66a63635SJoe Thornber }
881*66a63635SJoe Thornber 
882*66a63635SJoe Thornber static void update_sentinels(struct smq_policy *mq)
883*66a63635SJoe Thornber {
884*66a63635SJoe Thornber 	if (time_after(jiffies, mq->next_writeback_period)) {
885*66a63635SJoe Thornber 		__update_writeback_sentinels(mq);
886*66a63635SJoe Thornber 		mq->next_writeback_period = jiffies + WRITEBACK_PERIOD;
887*66a63635SJoe Thornber 		mq->current_writeback_sentinels = !mq->current_writeback_sentinels;
888*66a63635SJoe Thornber 	}
889*66a63635SJoe Thornber 
890*66a63635SJoe Thornber 	if (time_after(jiffies, mq->next_demote_period)) {
891*66a63635SJoe Thornber 		__update_demote_sentinels(mq);
892*66a63635SJoe Thornber 		mq->next_demote_period = jiffies + DEMOTE_PERIOD;
893*66a63635SJoe Thornber 		mq->current_demote_sentinels = !mq->current_demote_sentinels;
894*66a63635SJoe Thornber 	}
895*66a63635SJoe Thornber }
896*66a63635SJoe Thornber 
897*66a63635SJoe Thornber static void __sentinels_init(struct smq_policy *mq)
898*66a63635SJoe Thornber {
899*66a63635SJoe Thornber 	unsigned level;
900*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *sentinel;
901*66a63635SJoe Thornber 
902*66a63635SJoe Thornber 	for (level = 0; level < NR_CACHE_LEVELS; level++) {
903*66a63635SJoe Thornber 		sentinel = writeback_sentinel(mq, level);
904*66a63635SJoe Thornber 		sentinel->level = level;
905*66a63635SJoe Thornber 		q_push(&mq->dirty, sentinel);
906*66a63635SJoe Thornber 
907*66a63635SJoe Thornber 		sentinel = demote_sentinel(mq, level);
908*66a63635SJoe Thornber 		sentinel->level = level;
909*66a63635SJoe Thornber 		q_push(&mq->clean, sentinel);
910*66a63635SJoe Thornber 	}
911*66a63635SJoe Thornber }
912*66a63635SJoe Thornber 
913*66a63635SJoe Thornber static void sentinels_init(struct smq_policy *mq)
914*66a63635SJoe Thornber {
915*66a63635SJoe Thornber 	mq->next_writeback_period = jiffies + WRITEBACK_PERIOD;
916*66a63635SJoe Thornber 	mq->next_demote_period = jiffies + DEMOTE_PERIOD;
917*66a63635SJoe Thornber 
918*66a63635SJoe Thornber 	mq->current_writeback_sentinels = false;
919*66a63635SJoe Thornber 	mq->current_demote_sentinels = false;
920*66a63635SJoe Thornber 	__sentinels_init(mq);
921*66a63635SJoe Thornber 
922*66a63635SJoe Thornber 	mq->current_writeback_sentinels = !mq->current_writeback_sentinels;
923*66a63635SJoe Thornber 	mq->current_demote_sentinels = !mq->current_demote_sentinels;
924*66a63635SJoe Thornber 	__sentinels_init(mq);
925*66a63635SJoe Thornber }
926*66a63635SJoe Thornber 
927*66a63635SJoe Thornber /*----------------------------------------------------------------*/
928*66a63635SJoe Thornber 
929*66a63635SJoe Thornber /*
930*66a63635SJoe Thornber  * These methods tie together the dirty queue, clean queue and hash table.
931*66a63635SJoe Thornber  */
932*66a63635SJoe Thornber static void push_new(struct smq_policy *mq, struct entry *e)
933*66a63635SJoe Thornber {
934*66a63635SJoe Thornber 	struct queue *q = e->dirty ? &mq->dirty : &mq->clean;
935*66a63635SJoe Thornber 	h_insert(&mq->table, e);
936*66a63635SJoe Thornber 	q_push(q, e);
937*66a63635SJoe Thornber }
938*66a63635SJoe Thornber 
939*66a63635SJoe Thornber static void push(struct smq_policy *mq, struct entry *e)
940*66a63635SJoe Thornber {
941*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *sentinel;
942*66a63635SJoe Thornber 
943*66a63635SJoe Thornber 	h_insert(&mq->table, e);
944*66a63635SJoe Thornber 
945*66a63635SJoe Thornber 	/*
946*66a63635SJoe Thornber 	 * Punch this into the queue just in front of the sentinel, to
947*66a63635SJoe Thornber 	 * ensure it's cleaned straight away.
948*66a63635SJoe Thornber 	 */
949*66a63635SJoe Thornber 	if (e->dirty) {
950*66a63635SJoe Thornber 		sentinel = writeback_sentinel(mq, e->level);
951*66a63635SJoe Thornber 		q_push_before(&mq->dirty, sentinel, e);
952*66a63635SJoe Thornber 	} else {
953*66a63635SJoe Thornber 		sentinel = demote_sentinel(mq, e->level);
954*66a63635SJoe Thornber 		q_push_before(&mq->clean, sentinel, e);
955*66a63635SJoe Thornber 	}
956*66a63635SJoe Thornber }
957*66a63635SJoe Thornber 
958*66a63635SJoe Thornber /*
959*66a63635SJoe Thornber  * Removes an entry from cache.  Removes from the hash table.
960*66a63635SJoe Thornber  */
961*66a63635SJoe Thornber static void __del(struct smq_policy *mq, struct queue *q, struct entry *e)
962*66a63635SJoe Thornber {
963*66a63635SJoe Thornber 	q_del(q, e);
964*66a63635SJoe Thornber 	h_remove(&mq->table, e);
965*66a63635SJoe Thornber }
966*66a63635SJoe Thornber 
967*66a63635SJoe Thornber static void del(struct smq_policy *mq, struct entry *e)
968*66a63635SJoe Thornber {
969*66a63635SJoe Thornber 	__del(mq, e->dirty ? &mq->dirty : &mq->clean, e);
970*66a63635SJoe Thornber }
971*66a63635SJoe Thornber 
972*66a63635SJoe Thornber static struct entry *pop_old(struct smq_policy *mq, struct queue *q, unsigned max_level)
973*66a63635SJoe Thornber {
974*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e = q_pop_old(q, max_level);
975*66a63635SJoe Thornber 	if (e)
976*66a63635SJoe Thornber 		h_remove(&mq->table, e);
977*66a63635SJoe Thornber 	return e;
978*66a63635SJoe Thornber }
979*66a63635SJoe Thornber 
980*66a63635SJoe Thornber static dm_cblock_t infer_cblock(struct smq_policy *mq, struct entry *e)
981*66a63635SJoe Thornber {
982*66a63635SJoe Thornber 	return to_cblock(get_index(&mq->cache_alloc, e));
983*66a63635SJoe Thornber }
984*66a63635SJoe Thornber 
985*66a63635SJoe Thornber static void requeue(struct smq_policy *mq, struct entry *e)
986*66a63635SJoe Thornber {
987*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *sentinel;
988*66a63635SJoe Thornber 
989*66a63635SJoe Thornber 	if (!test_and_set_bit(from_cblock(infer_cblock(mq, e)), mq->cache_hit_bits)) {
990*66a63635SJoe Thornber 		if (e->dirty) {
991*66a63635SJoe Thornber 			sentinel = writeback_sentinel(mq, e->level);
992*66a63635SJoe Thornber 			q_requeue_before(&mq->dirty, sentinel, e, 1u);
993*66a63635SJoe Thornber 		} else {
994*66a63635SJoe Thornber 			sentinel = demote_sentinel(mq, e->level);
995*66a63635SJoe Thornber 			q_requeue_before(&mq->clean, sentinel, e, 1u);
996*66a63635SJoe Thornber 		}
997*66a63635SJoe Thornber 	}
998*66a63635SJoe Thornber }
999*66a63635SJoe Thornber 
1000*66a63635SJoe Thornber static unsigned default_promote_level(struct smq_policy *mq)
1001*66a63635SJoe Thornber {
1002*66a63635SJoe Thornber 	/*
1003*66a63635SJoe Thornber 	 * The promote level depends on the current performance of the
1004*66a63635SJoe Thornber 	 * cache.
1005*66a63635SJoe Thornber 	 *
1006*66a63635SJoe Thornber 	 * If the cache is performing badly, then we can't afford
1007*66a63635SJoe Thornber 	 * to promote much without causing performance to drop below that
1008*66a63635SJoe Thornber 	 * of the origin device.
1009*66a63635SJoe Thornber 	 *
1010*66a63635SJoe Thornber 	 * If the cache is performing well, then we don't need to promote
1011*66a63635SJoe Thornber 	 * much.  If it isn't broken, don't fix it.
1012*66a63635SJoe Thornber 	 *
1013*66a63635SJoe Thornber 	 * If the cache is middling then we promote more.
1014*66a63635SJoe Thornber 	 *
1015*66a63635SJoe Thornber 	 * This scheme reminds me of a graph of entropy vs probability of a
1016*66a63635SJoe Thornber 	 * binary variable.
1017*66a63635SJoe Thornber 	 */
1018*66a63635SJoe Thornber 	static unsigned table[] = {1, 1, 1, 2, 4, 6, 7, 8, 7, 6, 4, 4, 3, 3, 2, 2, 1};
1019*66a63635SJoe Thornber 
1020*66a63635SJoe Thornber 	unsigned hits = mq->cache_stats.hits;
1021*66a63635SJoe Thornber 	unsigned misses = mq->cache_stats.misses;
1022*66a63635SJoe Thornber 	unsigned index = safe_div(hits << 4u, hits + misses);
1023*66a63635SJoe Thornber 	return table[index];
1024*66a63635SJoe Thornber }
1025*66a63635SJoe Thornber 
1026*66a63635SJoe Thornber static void update_promote_levels(struct smq_policy *mq)
1027*66a63635SJoe Thornber {
1028*66a63635SJoe Thornber 	/*
1029*66a63635SJoe Thornber 	 * If there are unused cache entries then we want to be really
1030*66a63635SJoe Thornber 	 * eager to promote.
1031*66a63635SJoe Thornber 	 */
1032*66a63635SJoe Thornber 	unsigned threshold_level = allocator_empty(&mq->cache_alloc) ?
1033*66a63635SJoe Thornber 		default_promote_level(mq) : (NR_HOTSPOT_LEVELS / 2u);
1034*66a63635SJoe Thornber 
1035*66a63635SJoe Thornber 	/*
1036*66a63635SJoe Thornber 	 * If the hotspot queue is performing badly then we have little
1037*66a63635SJoe Thornber 	 * confidence that we know which blocks to promote.  So we cut down
1038*66a63635SJoe Thornber 	 * the amount of promotions.
1039*66a63635SJoe Thornber 	 */
1040*66a63635SJoe Thornber 	switch (stats_assess(&mq->hotspot_stats)) {
1041*66a63635SJoe Thornber 	case Q_POOR:
1042*66a63635SJoe Thornber 		threshold_level /= 4u;
1043*66a63635SJoe Thornber 		break;
1044*66a63635SJoe Thornber 
1045*66a63635SJoe Thornber 	case Q_FAIR:
1046*66a63635SJoe Thornber 		threshold_level /= 2u;
1047*66a63635SJoe Thornber 		break;
1048*66a63635SJoe Thornber 
1049*66a63635SJoe Thornber 	case Q_WELL:
1050*66a63635SJoe Thornber 		break;
1051*66a63635SJoe Thornber 	}
1052*66a63635SJoe Thornber 
1053*66a63635SJoe Thornber 	mq->read_promote_level = NR_HOTSPOT_LEVELS - threshold_level;
1054*66a63635SJoe Thornber 	mq->write_promote_level = (NR_HOTSPOT_LEVELS - threshold_level) + 2u;
1055*66a63635SJoe Thornber }
1056*66a63635SJoe Thornber 
1057*66a63635SJoe Thornber /*
1058*66a63635SJoe Thornber  * If the hotspot queue is performing badly, then we try and move entries
1059*66a63635SJoe Thornber  * around more quickly.
1060*66a63635SJoe Thornber  */
1061*66a63635SJoe Thornber static void update_level_jump(struct smq_policy *mq)
1062*66a63635SJoe Thornber {
1063*66a63635SJoe Thornber 	switch (stats_assess(&mq->hotspot_stats)) {
1064*66a63635SJoe Thornber 	case Q_POOR:
1065*66a63635SJoe Thornber 		mq->hotspot_level_jump = 4u;
1066*66a63635SJoe Thornber 		break;
1067*66a63635SJoe Thornber 
1068*66a63635SJoe Thornber 	case Q_FAIR:
1069*66a63635SJoe Thornber 		mq->hotspot_level_jump = 2u;
1070*66a63635SJoe Thornber 		break;
1071*66a63635SJoe Thornber 
1072*66a63635SJoe Thornber 	case Q_WELL:
1073*66a63635SJoe Thornber 		mq->hotspot_level_jump = 1u;
1074*66a63635SJoe Thornber 		break;
1075*66a63635SJoe Thornber 	}
1076*66a63635SJoe Thornber }
1077*66a63635SJoe Thornber 
1078*66a63635SJoe Thornber static void end_hotspot_period(struct smq_policy *mq)
1079*66a63635SJoe Thornber {
1080*66a63635SJoe Thornber 	clear_bitset(mq->hotspot_hit_bits, mq->nr_hotspot_blocks);
1081*66a63635SJoe Thornber 	update_promote_levels(mq);
1082*66a63635SJoe Thornber 
1083*66a63635SJoe Thornber 	if (time_after(jiffies, mq->next_hotspot_period)) {
1084*66a63635SJoe Thornber 		update_level_jump(mq);
1085*66a63635SJoe Thornber 		q_redistribute(&mq->hotspot);
1086*66a63635SJoe Thornber 		stats_reset(&mq->hotspot_stats);
1087*66a63635SJoe Thornber 		mq->next_hotspot_period = jiffies + HOTSPOT_UPDATE_PERIOD;
1088*66a63635SJoe Thornber 	}
1089*66a63635SJoe Thornber }
1090*66a63635SJoe Thornber 
1091*66a63635SJoe Thornber static void end_cache_period(struct smq_policy *mq)
1092*66a63635SJoe Thornber {
1093*66a63635SJoe Thornber 	if (time_after(jiffies, mq->next_cache_period)) {
1094*66a63635SJoe Thornber 		clear_bitset(mq->cache_hit_bits, from_cblock(mq->cache_size));
1095*66a63635SJoe Thornber 
1096*66a63635SJoe Thornber 		q_redistribute(&mq->dirty);
1097*66a63635SJoe Thornber 		q_redistribute(&mq->clean);
1098*66a63635SJoe Thornber 		stats_reset(&mq->cache_stats);
1099*66a63635SJoe Thornber 
1100*66a63635SJoe Thornber 		mq->next_cache_period = jiffies + CACHE_UPDATE_PERIOD;
1101*66a63635SJoe Thornber 	}
1102*66a63635SJoe Thornber }
1103*66a63635SJoe Thornber 
1104*66a63635SJoe Thornber static int demote_cblock(struct smq_policy *mq,
1105*66a63635SJoe Thornber 			 struct policy_locker *locker,
1106*66a63635SJoe Thornber 			 dm_oblock_t *oblock)
1107*66a63635SJoe Thornber {
1108*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *demoted = q_peek(&mq->clean, mq->clean.nr_levels, false);
1109*66a63635SJoe Thornber 	if (!demoted)
1110*66a63635SJoe Thornber 		/*
1111*66a63635SJoe Thornber 		 * We could get a block from mq->dirty, but that
1112*66a63635SJoe Thornber 		 * would add extra latency to the triggering bio as it
1113*66a63635SJoe Thornber 		 * waits for the writeback.  Better to not promote this
1114*66a63635SJoe Thornber 		 * time and hope there's a clean block next time this block
1115*66a63635SJoe Thornber 		 * is hit.
1116*66a63635SJoe Thornber 		 */
1117*66a63635SJoe Thornber 		return -ENOSPC;
1118*66a63635SJoe Thornber 
1119*66a63635SJoe Thornber 	if (locker->fn(locker, demoted->oblock))
1120*66a63635SJoe Thornber 		/*
1121*66a63635SJoe Thornber 		 * We couldn't lock this block.
1122*66a63635SJoe Thornber 		 */
1123*66a63635SJoe Thornber 		return -EBUSY;
1124*66a63635SJoe Thornber 
1125*66a63635SJoe Thornber 	del(mq, demoted);
1126*66a63635SJoe Thornber 	*oblock = demoted->oblock;
1127*66a63635SJoe Thornber 	free_entry(&mq->cache_alloc, demoted);
1128*66a63635SJoe Thornber 
1129*66a63635SJoe Thornber 	return 0;
1130*66a63635SJoe Thornber }
1131*66a63635SJoe Thornber 
1132*66a63635SJoe Thornber enum promote_result {
1133*66a63635SJoe Thornber 	PROMOTE_NOT,
1134*66a63635SJoe Thornber 	PROMOTE_TEMPORARY,
1135*66a63635SJoe Thornber 	PROMOTE_PERMANENT
1136*66a63635SJoe Thornber };
1137*66a63635SJoe Thornber 
1138*66a63635SJoe Thornber /*
1139*66a63635SJoe Thornber  * Converts a boolean into a promote result.
1140*66a63635SJoe Thornber  */
1141*66a63635SJoe Thornber static enum promote_result maybe_promote(bool promote)
1142*66a63635SJoe Thornber {
1143*66a63635SJoe Thornber 	return promote ? PROMOTE_PERMANENT : PROMOTE_NOT;
1144*66a63635SJoe Thornber }
1145*66a63635SJoe Thornber 
1146*66a63635SJoe Thornber static enum promote_result should_promote(struct smq_policy *mq, struct entry *hs_e, struct bio *bio,
1147*66a63635SJoe Thornber 					  bool fast_promote)
1148*66a63635SJoe Thornber {
1149*66a63635SJoe Thornber 	if (bio_data_dir(bio) == WRITE) {
1150*66a63635SJoe Thornber 		if (!allocator_empty(&mq->cache_alloc) && fast_promote)
1151*66a63635SJoe Thornber 			return PROMOTE_TEMPORARY;
1152*66a63635SJoe Thornber 
1153*66a63635SJoe Thornber 		else
1154*66a63635SJoe Thornber 			return maybe_promote(hs_e->level >= mq->write_promote_level);
1155*66a63635SJoe Thornber 	} else
1156*66a63635SJoe Thornber 		return maybe_promote(hs_e->level >= mq->read_promote_level);
1157*66a63635SJoe Thornber }
1158*66a63635SJoe Thornber 
1159*66a63635SJoe Thornber static void insert_in_cache(struct smq_policy *mq, dm_oblock_t oblock,
1160*66a63635SJoe Thornber 			    struct policy_locker *locker,
1161*66a63635SJoe Thornber 			    struct policy_result *result, enum promote_result pr)
1162*66a63635SJoe Thornber {
1163*66a63635SJoe Thornber 	int r;
1164*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e;
1165*66a63635SJoe Thornber 
1166*66a63635SJoe Thornber 	if (allocator_empty(&mq->cache_alloc)) {
1167*66a63635SJoe Thornber 		result->op = POLICY_REPLACE;
1168*66a63635SJoe Thornber 		r = demote_cblock(mq, locker, &result->old_oblock);
1169*66a63635SJoe Thornber 		if (r) {
1170*66a63635SJoe Thornber 			result->op = POLICY_MISS;
1171*66a63635SJoe Thornber 			return;
1172*66a63635SJoe Thornber 		}
1173*66a63635SJoe Thornber 
1174*66a63635SJoe Thornber 	} else
1175*66a63635SJoe Thornber 		result->op = POLICY_NEW;
1176*66a63635SJoe Thornber 
1177*66a63635SJoe Thornber 	e = alloc_entry(&mq->cache_alloc);
1178*66a63635SJoe Thornber 	BUG_ON(!e);
1179*66a63635SJoe Thornber 	e->oblock = oblock;
1180*66a63635SJoe Thornber 
1181*66a63635SJoe Thornber 	if (pr == PROMOTE_TEMPORARY)
1182*66a63635SJoe Thornber 		push(mq, e);
1183*66a63635SJoe Thornber 	else
1184*66a63635SJoe Thornber 		push_new(mq, e);
1185*66a63635SJoe Thornber 
1186*66a63635SJoe Thornber 	result->cblock = infer_cblock(mq, e);
1187*66a63635SJoe Thornber }
1188*66a63635SJoe Thornber 
1189*66a63635SJoe Thornber static dm_oblock_t to_hblock(struct smq_policy *mq, dm_oblock_t b)
1190*66a63635SJoe Thornber {
1191*66a63635SJoe Thornber 	sector_t r = from_oblock(b);
1192*66a63635SJoe Thornber 	(void) sector_div(r, mq->cache_blocks_per_hotspot_block);
1193*66a63635SJoe Thornber 	return to_oblock(r);
1194*66a63635SJoe Thornber }
1195*66a63635SJoe Thornber 
1196*66a63635SJoe Thornber static struct entry *update_hotspot_queue(struct smq_policy *mq, dm_oblock_t b, struct bio *bio)
1197*66a63635SJoe Thornber {
1198*66a63635SJoe Thornber 	unsigned hi;
1199*66a63635SJoe Thornber 	dm_oblock_t hb = to_hblock(mq, b);
1200*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e = h_lookup(&mq->hotspot_table, hb);
1201*66a63635SJoe Thornber 
1202*66a63635SJoe Thornber 	if (e) {
1203*66a63635SJoe Thornber 		stats_level_accessed(&mq->hotspot_stats, e->level);
1204*66a63635SJoe Thornber 
1205*66a63635SJoe Thornber 		hi = get_index(&mq->hotspot_alloc, e);
1206*66a63635SJoe Thornber 		q_requeue(&mq->hotspot, e,
1207*66a63635SJoe Thornber 			  test_and_set_bit(hi, mq->hotspot_hit_bits) ?
1208*66a63635SJoe Thornber 			  0u : mq->hotspot_level_jump);
1209*66a63635SJoe Thornber 
1210*66a63635SJoe Thornber 	} else {
1211*66a63635SJoe Thornber 		stats_miss(&mq->hotspot_stats);
1212*66a63635SJoe Thornber 
1213*66a63635SJoe Thornber 		e = alloc_entry(&mq->hotspot_alloc);
1214*66a63635SJoe Thornber 		if (!e) {
1215*66a63635SJoe Thornber 			e = q_pop(&mq->hotspot);
1216*66a63635SJoe Thornber 			if (e) {
1217*66a63635SJoe Thornber 				h_remove(&mq->hotspot_table, e);
1218*66a63635SJoe Thornber 				hi = get_index(&mq->hotspot_alloc, e);
1219*66a63635SJoe Thornber 				clear_bit(hi, mq->hotspot_hit_bits);
1220*66a63635SJoe Thornber 			}
1221*66a63635SJoe Thornber 
1222*66a63635SJoe Thornber 		}
1223*66a63635SJoe Thornber 
1224*66a63635SJoe Thornber 		if (e) {
1225*66a63635SJoe Thornber 			e->oblock = hb;
1226*66a63635SJoe Thornber 			q_push(&mq->hotspot, e);
1227*66a63635SJoe Thornber 			h_insert(&mq->hotspot_table, e);
1228*66a63635SJoe Thornber 		}
1229*66a63635SJoe Thornber 	}
1230*66a63635SJoe Thornber 
1231*66a63635SJoe Thornber 	return e;
1232*66a63635SJoe Thornber }
1233*66a63635SJoe Thornber 
1234*66a63635SJoe Thornber /*
1235*66a63635SJoe Thornber  * Looks the oblock up in the hash table, then decides whether to put in
1236*66a63635SJoe Thornber  * pre_cache, or cache etc.
1237*66a63635SJoe Thornber  */
1238*66a63635SJoe Thornber static int map(struct smq_policy *mq, struct bio *bio, dm_oblock_t oblock,
1239*66a63635SJoe Thornber 	       bool can_migrate, bool fast_promote,
1240*66a63635SJoe Thornber 	       struct policy_locker *locker, struct policy_result *result)
1241*66a63635SJoe Thornber {
1242*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e, *hs_e;
1243*66a63635SJoe Thornber 	enum promote_result pr;
1244*66a63635SJoe Thornber 
1245*66a63635SJoe Thornber 	hs_e = update_hotspot_queue(mq, oblock, bio);
1246*66a63635SJoe Thornber 
1247*66a63635SJoe Thornber 	e = h_lookup(&mq->table, oblock);
1248*66a63635SJoe Thornber 	if (e) {
1249*66a63635SJoe Thornber 		stats_level_accessed(&mq->cache_stats, e->level);
1250*66a63635SJoe Thornber 
1251*66a63635SJoe Thornber 		requeue(mq, e);
1252*66a63635SJoe Thornber 		result->op = POLICY_HIT;
1253*66a63635SJoe Thornber 		result->cblock = infer_cblock(mq, e);
1254*66a63635SJoe Thornber 
1255*66a63635SJoe Thornber 	} else {
1256*66a63635SJoe Thornber 		stats_miss(&mq->cache_stats);
1257*66a63635SJoe Thornber 
1258*66a63635SJoe Thornber 		pr = should_promote(mq, hs_e, bio, fast_promote);
1259*66a63635SJoe Thornber 		if (pr == PROMOTE_NOT)
1260*66a63635SJoe Thornber 			result->op = POLICY_MISS;
1261*66a63635SJoe Thornber 
1262*66a63635SJoe Thornber 		else {
1263*66a63635SJoe Thornber 			if (!can_migrate) {
1264*66a63635SJoe Thornber 				result->op = POLICY_MISS;
1265*66a63635SJoe Thornber 				return -EWOULDBLOCK;
1266*66a63635SJoe Thornber 			}
1267*66a63635SJoe Thornber 
1268*66a63635SJoe Thornber 			insert_in_cache(mq, oblock, locker, result, pr);
1269*66a63635SJoe Thornber 		}
1270*66a63635SJoe Thornber 	}
1271*66a63635SJoe Thornber 
1272*66a63635SJoe Thornber 	return 0;
1273*66a63635SJoe Thornber }
1274*66a63635SJoe Thornber 
1275*66a63635SJoe Thornber /*----------------------------------------------------------------*/
1276*66a63635SJoe Thornber 
1277*66a63635SJoe Thornber /*
1278*66a63635SJoe Thornber  * Public interface, via the policy struct.  See dm-cache-policy.h for a
1279*66a63635SJoe Thornber  * description of these.
1280*66a63635SJoe Thornber  */
1281*66a63635SJoe Thornber 
1282*66a63635SJoe Thornber static struct smq_policy *to_smq_policy(struct dm_cache_policy *p)
1283*66a63635SJoe Thornber {
1284*66a63635SJoe Thornber 	return container_of(p, struct smq_policy, policy);
1285*66a63635SJoe Thornber }
1286*66a63635SJoe Thornber 
1287*66a63635SJoe Thornber static void smq_destroy(struct dm_cache_policy *p)
1288*66a63635SJoe Thornber {
1289*66a63635SJoe Thornber 	struct smq_policy *mq = to_smq_policy(p);
1290*66a63635SJoe Thornber 
1291*66a63635SJoe Thornber 	h_exit(&mq->hotspot_table);
1292*66a63635SJoe Thornber 	h_exit(&mq->table);
1293*66a63635SJoe Thornber 	free_bitset(mq->hotspot_hit_bits);
1294*66a63635SJoe Thornber 	free_bitset(mq->cache_hit_bits);
1295*66a63635SJoe Thornber 	space_exit(&mq->es);
1296*66a63635SJoe Thornber 	kfree(mq);
1297*66a63635SJoe Thornber }
1298*66a63635SJoe Thornber 
1299*66a63635SJoe Thornber static void copy_tick(struct smq_policy *mq)
1300*66a63635SJoe Thornber {
1301*66a63635SJoe Thornber 	unsigned long flags, tick;
1302*66a63635SJoe Thornber 
1303*66a63635SJoe Thornber 	spin_lock_irqsave(&mq->tick_lock, flags);
1304*66a63635SJoe Thornber 	tick = mq->tick_protected;
1305*66a63635SJoe Thornber 	if (tick != mq->tick) {
1306*66a63635SJoe Thornber 		update_sentinels(mq);
1307*66a63635SJoe Thornber 		end_hotspot_period(mq);
1308*66a63635SJoe Thornber 		end_cache_period(mq);
1309*66a63635SJoe Thornber 		mq->tick = tick;
1310*66a63635SJoe Thornber 	}
1311*66a63635SJoe Thornber 	spin_unlock_irqrestore(&mq->tick_lock, flags);
1312*66a63635SJoe Thornber }
1313*66a63635SJoe Thornber 
1314*66a63635SJoe Thornber static bool maybe_lock(struct smq_policy *mq, bool can_block)
1315*66a63635SJoe Thornber {
1316*66a63635SJoe Thornber 	if (can_block) {
1317*66a63635SJoe Thornber 		mutex_lock(&mq->lock);
1318*66a63635SJoe Thornber 		return true;
1319*66a63635SJoe Thornber 	} else
1320*66a63635SJoe Thornber 		return mutex_trylock(&mq->lock);
1321*66a63635SJoe Thornber }
1322*66a63635SJoe Thornber 
1323*66a63635SJoe Thornber static int smq_map(struct dm_cache_policy *p, dm_oblock_t oblock,
1324*66a63635SJoe Thornber 		   bool can_block, bool can_migrate, bool fast_promote,
1325*66a63635SJoe Thornber 		   struct bio *bio, struct policy_locker *locker,
1326*66a63635SJoe Thornber 		   struct policy_result *result)
1327*66a63635SJoe Thornber {
1328*66a63635SJoe Thornber 	int r;
1329*66a63635SJoe Thornber 	struct smq_policy *mq = to_smq_policy(p);
1330*66a63635SJoe Thornber 
1331*66a63635SJoe Thornber 	result->op = POLICY_MISS;
1332*66a63635SJoe Thornber 
1333*66a63635SJoe Thornber 	if (!maybe_lock(mq, can_block))
1334*66a63635SJoe Thornber 		return -EWOULDBLOCK;
1335*66a63635SJoe Thornber 
1336*66a63635SJoe Thornber 	copy_tick(mq);
1337*66a63635SJoe Thornber 	r = map(mq, bio, oblock, can_migrate, fast_promote, locker, result);
1338*66a63635SJoe Thornber 	mutex_unlock(&mq->lock);
1339*66a63635SJoe Thornber 
1340*66a63635SJoe Thornber 	return r;
1341*66a63635SJoe Thornber }
1342*66a63635SJoe Thornber 
1343*66a63635SJoe Thornber static int smq_lookup(struct dm_cache_policy *p, dm_oblock_t oblock, dm_cblock_t *cblock)
1344*66a63635SJoe Thornber {
1345*66a63635SJoe Thornber 	int r;
1346*66a63635SJoe Thornber 	struct smq_policy *mq = to_smq_policy(p);
1347*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e;
1348*66a63635SJoe Thornber 
1349*66a63635SJoe Thornber 	if (!mutex_trylock(&mq->lock))
1350*66a63635SJoe Thornber 		return -EWOULDBLOCK;
1351*66a63635SJoe Thornber 
1352*66a63635SJoe Thornber 	e = h_lookup(&mq->table, oblock);
1353*66a63635SJoe Thornber 	if (e) {
1354*66a63635SJoe Thornber 		*cblock = infer_cblock(mq, e);
1355*66a63635SJoe Thornber 		r = 0;
1356*66a63635SJoe Thornber 	} else
1357*66a63635SJoe Thornber 		r = -ENOENT;
1358*66a63635SJoe Thornber 
1359*66a63635SJoe Thornber 	mutex_unlock(&mq->lock);
1360*66a63635SJoe Thornber 
1361*66a63635SJoe Thornber 	return r;
1362*66a63635SJoe Thornber }
1363*66a63635SJoe Thornber 
1364*66a63635SJoe Thornber static void __smq_set_clear_dirty(struct smq_policy *mq, dm_oblock_t oblock, bool set)
1365*66a63635SJoe Thornber {
1366*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e;
1367*66a63635SJoe Thornber 
1368*66a63635SJoe Thornber 	e = h_lookup(&mq->table, oblock);
1369*66a63635SJoe Thornber 	BUG_ON(!e);
1370*66a63635SJoe Thornber 
1371*66a63635SJoe Thornber 	del(mq, e);
1372*66a63635SJoe Thornber 	e->dirty = set;
1373*66a63635SJoe Thornber 	push(mq, e);
1374*66a63635SJoe Thornber }
1375*66a63635SJoe Thornber 
1376*66a63635SJoe Thornber static void smq_set_dirty(struct dm_cache_policy *p, dm_oblock_t oblock)
1377*66a63635SJoe Thornber {
1378*66a63635SJoe Thornber 	struct smq_policy *mq = to_smq_policy(p);
1379*66a63635SJoe Thornber 
1380*66a63635SJoe Thornber 	mutex_lock(&mq->lock);
1381*66a63635SJoe Thornber 	__smq_set_clear_dirty(mq, oblock, true);
1382*66a63635SJoe Thornber 	mutex_unlock(&mq->lock);
1383*66a63635SJoe Thornber }
1384*66a63635SJoe Thornber 
1385*66a63635SJoe Thornber static void smq_clear_dirty(struct dm_cache_policy *p, dm_oblock_t oblock)
1386*66a63635SJoe Thornber {
1387*66a63635SJoe Thornber 	struct smq_policy *mq = to_smq_policy(p);
1388*66a63635SJoe Thornber 
1389*66a63635SJoe Thornber 	mutex_lock(&mq->lock);
1390*66a63635SJoe Thornber 	__smq_set_clear_dirty(mq, oblock, false);
1391*66a63635SJoe Thornber 	mutex_unlock(&mq->lock);
1392*66a63635SJoe Thornber }
1393*66a63635SJoe Thornber 
1394*66a63635SJoe Thornber static int smq_load_mapping(struct dm_cache_policy *p,
1395*66a63635SJoe Thornber 			    dm_oblock_t oblock, dm_cblock_t cblock,
1396*66a63635SJoe Thornber 			    uint32_t hint, bool hint_valid)
1397*66a63635SJoe Thornber {
1398*66a63635SJoe Thornber 	struct smq_policy *mq = to_smq_policy(p);
1399*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e;
1400*66a63635SJoe Thornber 
1401*66a63635SJoe Thornber 	e = alloc_particular_entry(&mq->cache_alloc, from_cblock(cblock));
1402*66a63635SJoe Thornber 	e->oblock = oblock;
1403*66a63635SJoe Thornber 	e->dirty = false;	/* this gets corrected in a minute */
1404*66a63635SJoe Thornber 	e->level = hint_valid ? min(hint, NR_CACHE_LEVELS - 1) : 1;
1405*66a63635SJoe Thornber 	push(mq, e);
1406*66a63635SJoe Thornber 
1407*66a63635SJoe Thornber 	return 0;
1408*66a63635SJoe Thornber }
1409*66a63635SJoe Thornber 
1410*66a63635SJoe Thornber static int smq_save_hints(struct smq_policy *mq, struct queue *q,
1411*66a63635SJoe Thornber 			  policy_walk_fn fn, void *context)
1412*66a63635SJoe Thornber {
1413*66a63635SJoe Thornber 	int r;
1414*66a63635SJoe Thornber 	unsigned level;
1415*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e;
1416*66a63635SJoe Thornber 
1417*66a63635SJoe Thornber 	for (level = 0; level < q->nr_levels; level++)
1418*66a63635SJoe Thornber 		for (e = l_head(q->es, q->qs + level); e; e = l_next(q->es, e)) {
1419*66a63635SJoe Thornber 			if (!e->sentinel) {
1420*66a63635SJoe Thornber 				r = fn(context, infer_cblock(mq, e),
1421*66a63635SJoe Thornber 				       e->oblock, e->level);
1422*66a63635SJoe Thornber 				if (r)
1423*66a63635SJoe Thornber 					return r;
1424*66a63635SJoe Thornber 			}
1425*66a63635SJoe Thornber 		}
1426*66a63635SJoe Thornber 
1427*66a63635SJoe Thornber 	return 0;
1428*66a63635SJoe Thornber }
1429*66a63635SJoe Thornber 
1430*66a63635SJoe Thornber static int smq_walk_mappings(struct dm_cache_policy *p, policy_walk_fn fn,
1431*66a63635SJoe Thornber 			     void *context)
1432*66a63635SJoe Thornber {
1433*66a63635SJoe Thornber 	struct smq_policy *mq = to_smq_policy(p);
1434*66a63635SJoe Thornber 	int r = 0;
1435*66a63635SJoe Thornber 
1436*66a63635SJoe Thornber 	mutex_lock(&mq->lock);
1437*66a63635SJoe Thornber 
1438*66a63635SJoe Thornber 	r = smq_save_hints(mq, &mq->clean, fn, context);
1439*66a63635SJoe Thornber 	if (!r)
1440*66a63635SJoe Thornber 		r = smq_save_hints(mq, &mq->dirty, fn, context);
1441*66a63635SJoe Thornber 
1442*66a63635SJoe Thornber 	mutex_unlock(&mq->lock);
1443*66a63635SJoe Thornber 
1444*66a63635SJoe Thornber 	return r;
1445*66a63635SJoe Thornber }
1446*66a63635SJoe Thornber 
1447*66a63635SJoe Thornber static void __remove_mapping(struct smq_policy *mq, dm_oblock_t oblock)
1448*66a63635SJoe Thornber {
1449*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e;
1450*66a63635SJoe Thornber 
1451*66a63635SJoe Thornber 	e = h_lookup(&mq->table, oblock);
1452*66a63635SJoe Thornber 	BUG_ON(!e);
1453*66a63635SJoe Thornber 
1454*66a63635SJoe Thornber 	del(mq, e);
1455*66a63635SJoe Thornber 	free_entry(&mq->cache_alloc, e);
1456*66a63635SJoe Thornber }
1457*66a63635SJoe Thornber 
1458*66a63635SJoe Thornber static void smq_remove_mapping(struct dm_cache_policy *p, dm_oblock_t oblock)
1459*66a63635SJoe Thornber {
1460*66a63635SJoe Thornber 	struct smq_policy *mq = to_smq_policy(p);
1461*66a63635SJoe Thornber 
1462*66a63635SJoe Thornber 	mutex_lock(&mq->lock);
1463*66a63635SJoe Thornber 	__remove_mapping(mq, oblock);
1464*66a63635SJoe Thornber 	mutex_unlock(&mq->lock);
1465*66a63635SJoe Thornber }
1466*66a63635SJoe Thornber 
1467*66a63635SJoe Thornber static int __remove_cblock(struct smq_policy *mq, dm_cblock_t cblock)
1468*66a63635SJoe Thornber {
1469*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e = get_entry(&mq->cache_alloc, from_cblock(cblock));
1470*66a63635SJoe Thornber 
1471*66a63635SJoe Thornber 	if (!e || !e->allocated)
1472*66a63635SJoe Thornber 		return -ENODATA;
1473*66a63635SJoe Thornber 
1474*66a63635SJoe Thornber 	del(mq, e);
1475*66a63635SJoe Thornber 	free_entry(&mq->cache_alloc, e);
1476*66a63635SJoe Thornber 
1477*66a63635SJoe Thornber 	return 0;
1478*66a63635SJoe Thornber }
1479*66a63635SJoe Thornber 
1480*66a63635SJoe Thornber static int smq_remove_cblock(struct dm_cache_policy *p, dm_cblock_t cblock)
1481*66a63635SJoe Thornber {
1482*66a63635SJoe Thornber 	int r;
1483*66a63635SJoe Thornber 	struct smq_policy *mq = to_smq_policy(p);
1484*66a63635SJoe Thornber 
1485*66a63635SJoe Thornber 	mutex_lock(&mq->lock);
1486*66a63635SJoe Thornber 	r = __remove_cblock(mq, cblock);
1487*66a63635SJoe Thornber 	mutex_unlock(&mq->lock);
1488*66a63635SJoe Thornber 
1489*66a63635SJoe Thornber 	return r;
1490*66a63635SJoe Thornber }
1491*66a63635SJoe Thornber 
1492*66a63635SJoe Thornber 
1493*66a63635SJoe Thornber #define CLEAN_TARGET_CRITICAL 5u /* percent */
1494*66a63635SJoe Thornber 
1495*66a63635SJoe Thornber static bool clean_target_met(struct smq_policy *mq, bool critical)
1496*66a63635SJoe Thornber {
1497*66a63635SJoe Thornber 	if (critical) {
1498*66a63635SJoe Thornber 		/*
1499*66a63635SJoe Thornber 		 * Cache entries may not be populated.  So we're cannot rely on the
1500*66a63635SJoe Thornber 		 * size of the clean queue.
1501*66a63635SJoe Thornber 		 */
1502*66a63635SJoe Thornber 		unsigned nr_clean = from_cblock(mq->cache_size) - q_size(&mq->dirty);
1503*66a63635SJoe Thornber 		unsigned target = from_cblock(mq->cache_size) * CLEAN_TARGET_CRITICAL / 100u;
1504*66a63635SJoe Thornber 
1505*66a63635SJoe Thornber 		return nr_clean >= target;
1506*66a63635SJoe Thornber 	} else
1507*66a63635SJoe Thornber 		return !q_size(&mq->dirty);
1508*66a63635SJoe Thornber }
1509*66a63635SJoe Thornber 
1510*66a63635SJoe Thornber static int __smq_writeback_work(struct smq_policy *mq, dm_oblock_t *oblock,
1511*66a63635SJoe Thornber 				dm_cblock_t *cblock, bool critical_only)
1512*66a63635SJoe Thornber {
1513*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e = NULL;
1514*66a63635SJoe Thornber 	bool target_met = clean_target_met(mq, critical_only);
1515*66a63635SJoe Thornber 
1516*66a63635SJoe Thornber 	if (critical_only)
1517*66a63635SJoe Thornber 		/*
1518*66a63635SJoe Thornber 		 * Always try and keep the bottom level clean.
1519*66a63635SJoe Thornber 		 */
1520*66a63635SJoe Thornber 		e = pop_old(mq, &mq->dirty, target_met ? 1u : mq->dirty.nr_levels);
1521*66a63635SJoe Thornber 
1522*66a63635SJoe Thornber 	else
1523*66a63635SJoe Thornber 		e = pop_old(mq, &mq->dirty, mq->dirty.nr_levels);
1524*66a63635SJoe Thornber 
1525*66a63635SJoe Thornber 	if (!e)
1526*66a63635SJoe Thornber 		return -ENODATA;
1527*66a63635SJoe Thornber 
1528*66a63635SJoe Thornber 	*oblock = e->oblock;
1529*66a63635SJoe Thornber 	*cblock = infer_cblock(mq, e);
1530*66a63635SJoe Thornber 	e->dirty = false;
1531*66a63635SJoe Thornber 	push_new(mq, e);
1532*66a63635SJoe Thornber 
1533*66a63635SJoe Thornber 	return 0;
1534*66a63635SJoe Thornber }
1535*66a63635SJoe Thornber 
1536*66a63635SJoe Thornber static int smq_writeback_work(struct dm_cache_policy *p, dm_oblock_t *oblock,
1537*66a63635SJoe Thornber 			      dm_cblock_t *cblock, bool critical_only)
1538*66a63635SJoe Thornber {
1539*66a63635SJoe Thornber 	int r;
1540*66a63635SJoe Thornber 	struct smq_policy *mq = to_smq_policy(p);
1541*66a63635SJoe Thornber 
1542*66a63635SJoe Thornber 	mutex_lock(&mq->lock);
1543*66a63635SJoe Thornber 	r = __smq_writeback_work(mq, oblock, cblock, critical_only);
1544*66a63635SJoe Thornber 	mutex_unlock(&mq->lock);
1545*66a63635SJoe Thornber 
1546*66a63635SJoe Thornber 	return r;
1547*66a63635SJoe Thornber }
1548*66a63635SJoe Thornber 
1549*66a63635SJoe Thornber static void __force_mapping(struct smq_policy *mq,
1550*66a63635SJoe Thornber 			    dm_oblock_t current_oblock, dm_oblock_t new_oblock)
1551*66a63635SJoe Thornber {
1552*66a63635SJoe Thornber 	struct entry *e = h_lookup(&mq->table, current_oblock);
1553*66a63635SJoe Thornber 
1554*66a63635SJoe Thornber 	if (e) {
1555*66a63635SJoe Thornber 		del(mq, e);
1556*66a63635SJoe Thornber 		e->oblock = new_oblock;
1557*66a63635SJoe Thornber 		e->dirty = true;
1558*66a63635SJoe Thornber 		push(mq, e);
1559*66a63635SJoe Thornber 	}
1560*66a63635SJoe Thornber }
1561*66a63635SJoe Thornber 
1562*66a63635SJoe Thornber static void smq_force_mapping(struct dm_cache_policy *p,
1563*66a63635SJoe Thornber 			      dm_oblock_t current_oblock, dm_oblock_t new_oblock)
1564*66a63635SJoe Thornber {
1565*66a63635SJoe Thornber 	struct smq_policy *mq = to_smq_policy(p);
1566*66a63635SJoe Thornber 
1567*66a63635SJoe Thornber 	mutex_lock(&mq->lock);
1568*66a63635SJoe Thornber 	__force_mapping(mq, current_oblock, new_oblock);
1569*66a63635SJoe Thornber 	mutex_unlock(&mq->lock);
1570*66a63635SJoe Thornber }
1571*66a63635SJoe Thornber 
1572*66a63635SJoe Thornber static dm_cblock_t smq_residency(struct dm_cache_policy *p)
1573*66a63635SJoe Thornber {
1574*66a63635SJoe Thornber 	dm_cblock_t r;
1575*66a63635SJoe Thornber 	struct smq_policy *mq = to_smq_policy(p);
1576*66a63635SJoe Thornber 
1577*66a63635SJoe Thornber 	mutex_lock(&mq->lock);
1578*66a63635SJoe Thornber 	r = to_cblock(mq->cache_alloc.nr_allocated);
1579*66a63635SJoe Thornber 	mutex_unlock(&mq->lock);
1580*66a63635SJoe Thornber 
1581*66a63635SJoe Thornber 	return r;
1582*66a63635SJoe Thornber }
1583*66a63635SJoe Thornber 
1584*66a63635SJoe Thornber static void smq_tick(struct dm_cache_policy *p)
1585*66a63635SJoe Thornber {
1586*66a63635SJoe Thornber 	struct smq_policy *mq = to_smq_policy(p);
1587*66a63635SJoe Thornber 	unsigned long flags;
1588*66a63635SJoe Thornber 
1589*66a63635SJoe Thornber 	spin_lock_irqsave(&mq->tick_lock, flags);
1590*66a63635SJoe Thornber 	mq->tick_protected++;
1591*66a63635SJoe Thornber 	spin_unlock_irqrestore(&mq->tick_lock, flags);
1592*66a63635SJoe Thornber }
1593*66a63635SJoe Thornber 
1594*66a63635SJoe Thornber /* Init the policy plugin interface function pointers. */
1595*66a63635SJoe Thornber static void init_policy_functions(struct smq_policy *mq)
1596*66a63635SJoe Thornber {
1597*66a63635SJoe Thornber 	mq->policy.destroy = smq_destroy;
1598*66a63635SJoe Thornber 	mq->policy.map = smq_map;
1599*66a63635SJoe Thornber 	mq->policy.lookup = smq_lookup;
1600*66a63635SJoe Thornber 	mq->policy.set_dirty = smq_set_dirty;
1601*66a63635SJoe Thornber 	mq->policy.clear_dirty = smq_clear_dirty;
1602*66a63635SJoe Thornber 	mq->policy.load_mapping = smq_load_mapping;
1603*66a63635SJoe Thornber 	mq->policy.walk_mappings = smq_walk_mappings;
1604*66a63635SJoe Thornber 	mq->policy.remove_mapping = smq_remove_mapping;
1605*66a63635SJoe Thornber 	mq->policy.remove_cblock = smq_remove_cblock;
1606*66a63635SJoe Thornber 	mq->policy.writeback_work = smq_writeback_work;
1607*66a63635SJoe Thornber 	mq->policy.force_mapping = smq_force_mapping;
1608*66a63635SJoe Thornber 	mq->policy.residency = smq_residency;
1609*66a63635SJoe Thornber 	mq->policy.tick = smq_tick;
1610*66a63635SJoe Thornber }
1611*66a63635SJoe Thornber 
1612*66a63635SJoe Thornber static bool too_many_hotspot_blocks(sector_t origin_size,
1613*66a63635SJoe Thornber 				    sector_t hotspot_block_size,
1614*66a63635SJoe Thornber 				    unsigned nr_hotspot_blocks)
1615*66a63635SJoe Thornber {
1616*66a63635SJoe Thornber 	return (hotspot_block_size * nr_hotspot_blocks) > origin_size;
1617*66a63635SJoe Thornber }
1618*66a63635SJoe Thornber 
1619*66a63635SJoe Thornber static void calc_hotspot_params(sector_t origin_size,
1620*66a63635SJoe Thornber 				sector_t cache_block_size,
1621*66a63635SJoe Thornber 				unsigned nr_cache_blocks,
1622*66a63635SJoe Thornber 				sector_t *hotspot_block_size,
1623*66a63635SJoe Thornber 				unsigned *nr_hotspot_blocks)
1624*66a63635SJoe Thornber {
1625*66a63635SJoe Thornber 	*hotspot_block_size = cache_block_size * 16u;
1626*66a63635SJoe Thornber 	*nr_hotspot_blocks = max(nr_cache_blocks / 4u, 1024u);
1627*66a63635SJoe Thornber 
1628*66a63635SJoe Thornber 	while ((*hotspot_block_size > cache_block_size) &&
1629*66a63635SJoe Thornber 	       too_many_hotspot_blocks(origin_size, *hotspot_block_size, *nr_hotspot_blocks))
1630*66a63635SJoe Thornber 		*hotspot_block_size /= 2u;
1631*66a63635SJoe Thornber }
1632*66a63635SJoe Thornber 
1633*66a63635SJoe Thornber static struct dm_cache_policy *smq_create(dm_cblock_t cache_size,
1634*66a63635SJoe Thornber 					  sector_t origin_size,
1635*66a63635SJoe Thornber 					  sector_t cache_block_size)
1636*66a63635SJoe Thornber {
1637*66a63635SJoe Thornber 	unsigned i;
1638*66a63635SJoe Thornber 	unsigned nr_sentinels_per_queue = 2u * NR_CACHE_LEVELS;
1639*66a63635SJoe Thornber 	unsigned total_sentinels = 2u * nr_sentinels_per_queue;
1640*66a63635SJoe Thornber 	struct smq_policy *mq = kzalloc(sizeof(*mq), GFP_KERNEL);
1641*66a63635SJoe Thornber 
1642*66a63635SJoe Thornber 	if (!mq)
1643*66a63635SJoe Thornber 		return NULL;
1644*66a63635SJoe Thornber 
1645*66a63635SJoe Thornber 	init_policy_functions(mq);
1646*66a63635SJoe Thornber 	mq->cache_size = cache_size;
1647*66a63635SJoe Thornber 	mq->cache_block_size = cache_block_size;
1648*66a63635SJoe Thornber 
1649*66a63635SJoe Thornber 	calc_hotspot_params(origin_size, cache_block_size, from_cblock(cache_size),
1650*66a63635SJoe Thornber 			    &mq->hotspot_block_size, &mq->nr_hotspot_blocks);
1651*66a63635SJoe Thornber 
1652*66a63635SJoe Thornber 	mq->cache_blocks_per_hotspot_block = div64_u64(mq->hotspot_block_size, mq->cache_block_size);
1653*66a63635SJoe Thornber 	mq->hotspot_level_jump = 1u;
1654*66a63635SJoe Thornber 	if (space_init(&mq->es, total_sentinels + mq->nr_hotspot_blocks + from_cblock(cache_size))) {
1655*66a63635SJoe Thornber 		DMERR("couldn't initialize entry space");
1656*66a63635SJoe Thornber 		goto bad_pool_init;
1657*66a63635SJoe Thornber 	}
1658*66a63635SJoe Thornber 
1659*66a63635SJoe Thornber 	init_allocator(&mq->writeback_sentinel_alloc, &mq->es, 0, nr_sentinels_per_queue);
1660*66a63635SJoe Thornber         for (i = 0; i < nr_sentinels_per_queue; i++)
1661*66a63635SJoe Thornber 		get_entry(&mq->writeback_sentinel_alloc, i)->sentinel = true;
1662*66a63635SJoe Thornber 
1663*66a63635SJoe Thornber 	init_allocator(&mq->demote_sentinel_alloc, &mq->es, nr_sentinels_per_queue, total_sentinels);
1664*66a63635SJoe Thornber         for (i = 0; i < nr_sentinels_per_queue; i++)
1665*66a63635SJoe Thornber 		get_entry(&mq->demote_sentinel_alloc, i)->sentinel = true;
1666*66a63635SJoe Thornber 
1667*66a63635SJoe Thornber 	init_allocator(&mq->hotspot_alloc, &mq->es, total_sentinels,
1668*66a63635SJoe Thornber 		       total_sentinels + mq->nr_hotspot_blocks);
1669*66a63635SJoe Thornber 
1670*66a63635SJoe Thornber 	init_allocator(&mq->cache_alloc, &mq->es,
1671*66a63635SJoe Thornber 		       total_sentinels + mq->nr_hotspot_blocks,
1672*66a63635SJoe Thornber 		       total_sentinels + mq->nr_hotspot_blocks + from_cblock(cache_size));
1673*66a63635SJoe Thornber 
1674*66a63635SJoe Thornber 	mq->hotspot_hit_bits = alloc_bitset(mq->nr_hotspot_blocks);
1675*66a63635SJoe Thornber 	if (!mq->hotspot_hit_bits) {
1676*66a63635SJoe Thornber 		DMERR("couldn't allocate hotspot hit bitset");
1677*66a63635SJoe Thornber 		goto bad_hotspot_hit_bits;
1678*66a63635SJoe Thornber 	}
1679*66a63635SJoe Thornber 	clear_bitset(mq->hotspot_hit_bits, mq->nr_hotspot_blocks);
1680*66a63635SJoe Thornber 
1681*66a63635SJoe Thornber 	if (from_cblock(cache_size)) {
1682*66a63635SJoe Thornber 		mq->cache_hit_bits = alloc_bitset(from_cblock(cache_size));
1683*66a63635SJoe Thornber 		if (!mq->cache_hit_bits && mq->cache_hit_bits) {
1684*66a63635SJoe Thornber 			DMERR("couldn't allocate cache hit bitset");
1685*66a63635SJoe Thornber 			goto bad_cache_hit_bits;
1686*66a63635SJoe Thornber 		}
1687*66a63635SJoe Thornber 		clear_bitset(mq->cache_hit_bits, from_cblock(mq->cache_size));
1688*66a63635SJoe Thornber 	} else
1689*66a63635SJoe Thornber 		mq->cache_hit_bits = NULL;
1690*66a63635SJoe Thornber 
1691*66a63635SJoe Thornber 	mq->tick_protected = 0;
1692*66a63635SJoe Thornber 	mq->tick = 0;
1693*66a63635SJoe Thornber 	mutex_init(&mq->lock);
1694*66a63635SJoe Thornber 	spin_lock_init(&mq->tick_lock);
1695*66a63635SJoe Thornber 
1696*66a63635SJoe Thornber 	q_init(&mq->hotspot, &mq->es, NR_HOTSPOT_LEVELS);
1697*66a63635SJoe Thornber 	mq->hotspot.nr_top_levels = 8;
1698*66a63635SJoe Thornber 	mq->hotspot.nr_in_top_levels = min(mq->nr_hotspot_blocks / NR_HOTSPOT_LEVELS,
1699*66a63635SJoe Thornber 					   from_cblock(mq->cache_size) / mq->cache_blocks_per_hotspot_block);
1700*66a63635SJoe Thornber 
1701*66a63635SJoe Thornber 	q_init(&mq->clean, &mq->es, NR_CACHE_LEVELS);
1702*66a63635SJoe Thornber 	q_init(&mq->dirty, &mq->es, NR_CACHE_LEVELS);
1703*66a63635SJoe Thornber 
1704*66a63635SJoe Thornber 	stats_init(&mq->hotspot_stats, NR_HOTSPOT_LEVELS);
1705*66a63635SJoe Thornber 	stats_init(&mq->cache_stats, NR_CACHE_LEVELS);
1706*66a63635SJoe Thornber 
1707*66a63635SJoe Thornber 	if (h_init(&mq->table, &mq->es, from_cblock(cache_size)))
1708*66a63635SJoe Thornber 		goto bad_alloc_table;
1709*66a63635SJoe Thornber 
1710*66a63635SJoe Thornber 	if (h_init(&mq->hotspot_table, &mq->es, mq->nr_hotspot_blocks))
1711*66a63635SJoe Thornber 		goto bad_alloc_hotspot_table;
1712*66a63635SJoe Thornber 
1713*66a63635SJoe Thornber 	sentinels_init(mq);
1714*66a63635SJoe Thornber 	mq->write_promote_level = mq->read_promote_level = NR_HOTSPOT_LEVELS;
1715*66a63635SJoe Thornber 
1716*66a63635SJoe Thornber 	mq->next_hotspot_period = jiffies;
1717*66a63635SJoe Thornber 	mq->next_cache_period = jiffies;
1718*66a63635SJoe Thornber 
1719*66a63635SJoe Thornber 	return &mq->policy;
1720*66a63635SJoe Thornber 
1721*66a63635SJoe Thornber bad_alloc_hotspot_table:
1722*66a63635SJoe Thornber 	h_exit(&mq->table);
1723*66a63635SJoe Thornber bad_alloc_table:
1724*66a63635SJoe Thornber 	free_bitset(mq->cache_hit_bits);
1725*66a63635SJoe Thornber bad_cache_hit_bits:
1726*66a63635SJoe Thornber 	free_bitset(mq->hotspot_hit_bits);
1727*66a63635SJoe Thornber bad_hotspot_hit_bits:
1728*66a63635SJoe Thornber 	space_exit(&mq->es);
1729*66a63635SJoe Thornber bad_pool_init:
1730*66a63635SJoe Thornber 	kfree(mq);
1731*66a63635SJoe Thornber 
1732*66a63635SJoe Thornber 	return NULL;
1733*66a63635SJoe Thornber }
1734*66a63635SJoe Thornber 
1735*66a63635SJoe Thornber /*----------------------------------------------------------------*/
1736*66a63635SJoe Thornber 
1737*66a63635SJoe Thornber static struct dm_cache_policy_type smq_policy_type = {
1738*66a63635SJoe Thornber 	.name = "smq",
1739*66a63635SJoe Thornber 	.version = {1, 0, 0},
1740*66a63635SJoe Thornber 	.hint_size = 4,
1741*66a63635SJoe Thornber 	.owner = THIS_MODULE,
1742*66a63635SJoe Thornber 	.create = smq_create
1743*66a63635SJoe Thornber };
1744*66a63635SJoe Thornber 
1745*66a63635SJoe Thornber static int __init smq_init(void)
1746*66a63635SJoe Thornber {
1747*66a63635SJoe Thornber 	int r;
1748*66a63635SJoe Thornber 
1749*66a63635SJoe Thornber 	r = dm_cache_policy_register(&smq_policy_type);
1750*66a63635SJoe Thornber 	if (r) {
1751*66a63635SJoe Thornber 		DMERR("register failed %d", r);
1752*66a63635SJoe Thornber 		return -ENOMEM;
1753*66a63635SJoe Thornber 	}
1754*66a63635SJoe Thornber 
1755*66a63635SJoe Thornber 	return 0;
1756*66a63635SJoe Thornber }
1757*66a63635SJoe Thornber 
1758*66a63635SJoe Thornber static void __exit smq_exit(void)
1759*66a63635SJoe Thornber {
1760*66a63635SJoe Thornber 	dm_cache_policy_unregister(&smq_policy_type);
1761*66a63635SJoe Thornber }
1762*66a63635SJoe Thornber 
1763*66a63635SJoe Thornber module_init(smq_init);
1764*66a63635SJoe Thornber module_exit(smq_exit);
1765*66a63635SJoe Thornber 
1766*66a63635SJoe Thornber MODULE_AUTHOR("Joe Thornber <dm-devel@redhat.com>");
1767*66a63635SJoe Thornber MODULE_LICENSE("GPL");
1768*66a63635SJoe Thornber MODULE_DESCRIPTION("smq cache policy");
1769