Merge tag 'x86_cache_for_6.4' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/tip/tip
[linux-block.git] / block / blk-zoned.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * Zoned block device handling
4  *
5  * Copyright (c) 2015, Hannes Reinecke
6  * Copyright (c) 2015, SUSE Linux GmbH
7  *
8  * Copyright (c) 2016, Damien Le Moal
9  * Copyright (c) 2016, Western Digital
10  */
11
12 #include <linux/kernel.h>
13 #include <linux/module.h>
14 #include <linux/rbtree.h>
15 #include <linux/blkdev.h>
16 #include <linux/blk-mq.h>
17 #include <linux/mm.h>
18 #include <linux/vmalloc.h>
19 #include <linux/sched/mm.h>
20
21 #include "blk.h"
22
23 #define ZONE_COND_NAME(name) [BLK_ZONE_COND_##name] = #name
24 static const char *const zone_cond_name[] = {
25         ZONE_COND_NAME(NOT_WP),
26         ZONE_COND_NAME(EMPTY),
27         ZONE_COND_NAME(IMP_OPEN),
28         ZONE_COND_NAME(EXP_OPEN),
29         ZONE_COND_NAME(CLOSED),
30         ZONE_COND_NAME(READONLY),
31         ZONE_COND_NAME(FULL),
32         ZONE_COND_NAME(OFFLINE),
33 };
34 #undef ZONE_COND_NAME
35
36 /**
37  * blk_zone_cond_str - Return string XXX in BLK_ZONE_COND_XXX.
38  * @zone_cond: BLK_ZONE_COND_XXX.
39  *
40  * Description: Centralize block layer function to convert BLK_ZONE_COND_XXX
41  * into string format. Useful in the debugging and tracing zone conditions. For
42  * invalid BLK_ZONE_COND_XXX it returns string "UNKNOWN".
43  */
44 const char *blk_zone_cond_str(enum blk_zone_cond zone_cond)
45 {
46         static const char *zone_cond_str = "UNKNOWN";
47
48         if (zone_cond < ARRAY_SIZE(zone_cond_name) && zone_cond_name[zone_cond])
49                 zone_cond_str = zone_cond_name[zone_cond];
50
51         return zone_cond_str;
52 }
53 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_zone_cond_str);
54
55 /*
56  * Return true if a request is a write requests that needs zone write locking.
57  */
58 bool blk_req_needs_zone_write_lock(struct request *rq)
59 {
60         if (blk_rq_is_passthrough(rq))
61                 return false;
62
63         if (!rq->q->disk->seq_zones_wlock)
64                 return false;
65
66         if (bdev_op_is_zoned_write(rq->q->disk->part0, req_op(rq)))
67                 return blk_rq_zone_is_seq(rq);
68
69         return false;
70 }
71 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_req_needs_zone_write_lock);
72
73 bool blk_req_zone_write_trylock(struct request *rq)
74 {
75         unsigned int zno = blk_rq_zone_no(rq);
76
77         if (test_and_set_bit(zno, rq->q->disk->seq_zones_wlock))
78                 return false;
79
80         WARN_ON_ONCE(rq->rq_flags & RQF_ZONE_WRITE_LOCKED);
81         rq->rq_flags |= RQF_ZONE_WRITE_LOCKED;
82
83         return true;
84 }
85 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_req_zone_write_trylock);
86
87 void __blk_req_zone_write_lock(struct request *rq)
88 {
89         if (WARN_ON_ONCE(test_and_set_bit(blk_rq_zone_no(rq),
90                                           rq->q->disk->seq_zones_wlock)))
91                 return;
92
93         WARN_ON_ONCE(rq->rq_flags & RQF_ZONE_WRITE_LOCKED);
94         rq->rq_flags |= RQF_ZONE_WRITE_LOCKED;
95 }
96 EXPORT_SYMBOL_GPL(__blk_req_zone_write_lock);
97
98 void __blk_req_zone_write_unlock(struct request *rq)
99 {
100         rq->rq_flags &= ~RQF_ZONE_WRITE_LOCKED;
101         if (rq->q->disk->seq_zones_wlock)
102                 WARN_ON_ONCE(!test_and_clear_bit(blk_rq_zone_no(rq),
103                                                  rq->q->disk->seq_zones_wlock));
104 }
105 EXPORT_SYMBOL_GPL(__blk_req_zone_write_unlock);
106
107 /**
108  * bdev_nr_zones - Get number of zones
109  * @bdev:       Target device
110  *
111  * Return the total number of zones of a zoned block device.  For a block
112  * device without zone capabilities, the number of zones is always 0.
113  */
114 unsigned int bdev_nr_zones(struct block_device *bdev)
115 {
116         sector_t zone_sectors = bdev_zone_sectors(bdev);
117
118         if (!bdev_is_zoned(bdev))
119                 return 0;
120         return (bdev_nr_sectors(bdev) + zone_sectors - 1) >>
121                 ilog2(zone_sectors);
122 }
123 EXPORT_SYMBOL_GPL(bdev_nr_zones);
124
125 /**
126  * blkdev_report_zones - Get zones information
127  * @bdev:       Target block device
128  * @sector:     Sector from which to report zones
129  * @nr_zones:   Maximum number of zones to report
130  * @cb:         Callback function called for each reported zone
131  * @data:       Private data for the callback
132  *
133  * Description:
134  *    Get zone information starting from the zone containing @sector for at most
135  *    @nr_zones, and call @cb for each zone reported by the device.
136  *    To report all zones in a device starting from @sector, the BLK_ALL_ZONES
137  *    constant can be passed to @nr_zones.
138  *    Returns the number of zones reported by the device, or a negative errno
139  *    value in case of failure.
140  *
141  *    Note: The caller must use memalloc_noXX_save/restore() calls to control
142  *    memory allocations done within this function.
143  */
144 int blkdev_report_zones(struct block_device *bdev, sector_t sector,
145                         unsigned int nr_zones, report_zones_cb cb, void *data)
146 {
147         struct gendisk *disk = bdev->bd_disk;
148         sector_t capacity = get_capacity(disk);
149
150         if (!bdev_is_zoned(bdev) || WARN_ON_ONCE(!disk->fops->report_zones))
151                 return -EOPNOTSUPP;
152
153         if (!nr_zones || sector >= capacity)
154                 return 0;
155
156         return disk->fops->report_zones(disk, sector, nr_zones, cb, data);
157 }
158 EXPORT_SYMBOL_GPL(blkdev_report_zones);
159
160 static inline unsigned long *blk_alloc_zone_bitmap(int node,
161                                                    unsigned int nr_zones)
162 {
163         return kcalloc_node(BITS_TO_LONGS(nr_zones), sizeof(unsigned long),
164                             GFP_NOIO, node);
165 }
166
167 static int blk_zone_need_reset_cb(struct blk_zone *zone, unsigned int idx,
168                                   void *data)
169 {
170         /*
171          * For an all-zones reset, ignore conventional, empty, read-only
172          * and offline zones.
173          */
174         switch (zone->cond) {
175         case BLK_ZONE_COND_NOT_WP:
176         case BLK_ZONE_COND_EMPTY:
177         case BLK_ZONE_COND_READONLY:
178         case BLK_ZONE_COND_OFFLINE:
179                 return 0;
180         default:
181                 set_bit(idx, (unsigned long *)data);
182                 return 0;
183         }
184 }
185
186 static int blkdev_zone_reset_all_emulated(struct block_device *bdev,
187                                           gfp_t gfp_mask)
188 {
189         struct gendisk *disk = bdev->bd_disk;
190         sector_t capacity = bdev_nr_sectors(bdev);
191         sector_t zone_sectors = bdev_zone_sectors(bdev);
192         unsigned long *need_reset;
193         struct bio *bio = NULL;
194         sector_t sector = 0;
195         int ret;
196
197         need_reset = blk_alloc_zone_bitmap(disk->queue->node, disk->nr_zones);
198         if (!need_reset)
199                 return -ENOMEM;
200
201         ret = disk->fops->report_zones(disk, 0, disk->nr_zones,
202                                        blk_zone_need_reset_cb, need_reset);
203         if (ret < 0)
204                 goto out_free_need_reset;
205
206         ret = 0;
207         while (sector < capacity) {
208                 if (!test_bit(disk_zone_no(disk, sector), need_reset)) {
209                         sector += zone_sectors;
210                         continue;
211                 }
212
213                 bio = blk_next_bio(bio, bdev, 0, REQ_OP_ZONE_RESET | REQ_SYNC,
214                                    gfp_mask);
215                 bio->bi_iter.bi_sector = sector;
216                 sector += zone_sectors;
217
218                 /* This may take a while, so be nice to others */
219                 cond_resched();
220         }
221
222         if (bio) {
223                 ret = submit_bio_wait(bio);
224                 bio_put(bio);
225         }
226
227 out_free_need_reset:
228         kfree(need_reset);
229         return ret;
230 }
231
232 static int blkdev_zone_reset_all(struct block_device *bdev, gfp_t gfp_mask)
233 {
234         struct bio bio;
235
236         bio_init(&bio, bdev, NULL, 0, REQ_OP_ZONE_RESET_ALL | REQ_SYNC);
237         return submit_bio_wait(&bio);
238 }
239
240 /**
241  * blkdev_zone_mgmt - Execute a zone management operation on a range of zones
242  * @bdev:       Target block device
243  * @op:         Operation to be performed on the zones
244  * @sector:     Start sector of the first zone to operate on
245  * @nr_sectors: Number of sectors, should be at least the length of one zone and
246  *              must be zone size aligned.
247  * @gfp_mask:   Memory allocation flags (for bio_alloc)
248  *
249  * Description:
250  *    Perform the specified operation on the range of zones specified by
251  *    @sector..@sector+@nr_sectors. Specifying the entire disk sector range
252  *    is valid, but the specified range should not contain conventional zones.
253  *    The operation to execute on each zone can be a zone reset, open, close
254  *    or finish request.
255  */
256 int blkdev_zone_mgmt(struct block_device *bdev, enum req_op op,
257                      sector_t sector, sector_t nr_sectors, gfp_t gfp_mask)
258 {
259         struct request_queue *q = bdev_get_queue(bdev);
260         sector_t zone_sectors = bdev_zone_sectors(bdev);
261         sector_t capacity = bdev_nr_sectors(bdev);
262         sector_t end_sector = sector + nr_sectors;
263         struct bio *bio = NULL;
264         int ret = 0;
265
266         if (!bdev_is_zoned(bdev))
267                 return -EOPNOTSUPP;
268
269         if (bdev_read_only(bdev))
270                 return -EPERM;
271
272         if (!op_is_zone_mgmt(op))
273                 return -EOPNOTSUPP;
274
275         if (end_sector <= sector || end_sector > capacity)
276                 /* Out of range */
277                 return -EINVAL;
278
279         /* Check alignment (handle eventual smaller last zone) */
280         if (!bdev_is_zone_start(bdev, sector))
281                 return -EINVAL;
282
283         if (!bdev_is_zone_start(bdev, nr_sectors) && end_sector != capacity)
284                 return -EINVAL;
285
286         /*
287          * In the case of a zone reset operation over all zones,
288          * REQ_OP_ZONE_RESET_ALL can be used with devices supporting this
289          * command. For other devices, we emulate this command behavior by
290          * identifying the zones needing a reset.
291          */
292         if (op == REQ_OP_ZONE_RESET && sector == 0 && nr_sectors == capacity) {
293                 if (!blk_queue_zone_resetall(q))
294                         return blkdev_zone_reset_all_emulated(bdev, gfp_mask);
295                 return blkdev_zone_reset_all(bdev, gfp_mask);
296         }
297
298         while (sector < end_sector) {
299                 bio = blk_next_bio(bio, bdev, 0, op | REQ_SYNC, gfp_mask);
300                 bio->bi_iter.bi_sector = sector;
301                 sector += zone_sectors;
302
303                 /* This may take a while, so be nice to others */
304                 cond_resched();
305         }
306
307         ret = submit_bio_wait(bio);
308         bio_put(bio);
309
310         return ret;
311 }
312 EXPORT_SYMBOL_GPL(blkdev_zone_mgmt);
313
314 struct zone_report_args {
315         struct blk_zone __user *zones;
316 };
317
318 static int blkdev_copy_zone_to_user(struct blk_zone *zone, unsigned int idx,
319                                     void *data)
320 {
321         struct zone_report_args *args = data;
322
323         if (copy_to_user(&args->zones[idx], zone, sizeof(struct blk_zone)))
324                 return -EFAULT;
325         return 0;
326 }
327
328 /*
329  * BLKREPORTZONE ioctl processing.
330  * Called from blkdev_ioctl.
331  */
332 int blkdev_report_zones_ioctl(struct block_device *bdev, fmode_t mode,
333                               unsigned int cmd, unsigned long arg)
334 {
335         void __user *argp = (void __user *)arg;
336         struct zone_report_args args;
337         struct blk_zone_report rep;
338         int ret;
339
340         if (!argp)
341                 return -EINVAL;
342
343         if (!bdev_is_zoned(bdev))
344                 return -ENOTTY;
345
346         if (copy_from_user(&rep, argp, sizeof(struct blk_zone_report)))
347                 return -EFAULT;
348
349         if (!rep.nr_zones)
350                 return -EINVAL;
351
352         args.zones = argp + sizeof(struct blk_zone_report);
353         ret = blkdev_report_zones(bdev, rep.sector, rep.nr_zones,
354                                   blkdev_copy_zone_to_user, &args);
355         if (ret < 0)
356                 return ret;
357
358         rep.nr_zones = ret;
359         rep.flags = BLK_ZONE_REP_CAPACITY;
360         if (copy_to_user(argp, &rep, sizeof(struct blk_zone_report)))
361                 return -EFAULT;
362         return 0;
363 }
364
365 static int blkdev_truncate_zone_range(struct block_device *bdev, fmode_t mode,
366                                       const struct blk_zone_range *zrange)
367 {
368         loff_t start, end;
369
370         if (zrange->sector + zrange->nr_sectors <= zrange->sector ||
371             zrange->sector + zrange->nr_sectors > get_capacity(bdev->bd_disk))
372                 /* Out of range */
373                 return -EINVAL;
374
375         start = zrange->sector << SECTOR_SHIFT;
376         end = ((zrange->sector + zrange->nr_sectors) << SECTOR_SHIFT) - 1;
377
378         return truncate_bdev_range(bdev, mode, start, end);
379 }
380
381 /*
382  * BLKRESETZONE, BLKOPENZONE, BLKCLOSEZONE and BLKFINISHZONE ioctl processing.
383  * Called from blkdev_ioctl.
384  */
385 int blkdev_zone_mgmt_ioctl(struct block_device *bdev, fmode_t mode,
386                            unsigned int cmd, unsigned long arg)
387 {
388         void __user *argp = (void __user *)arg;
389         struct blk_zone_range zrange;
390         enum req_op op;
391         int ret;
392
393         if (!argp)
394                 return -EINVAL;
395
396         if (!bdev_is_zoned(bdev))
397                 return -ENOTTY;
398
399         if (!(mode & FMODE_WRITE))
400                 return -EBADF;
401
402         if (copy_from_user(&zrange, argp, sizeof(struct blk_zone_range)))
403                 return -EFAULT;
404
405         switch (cmd) {
406         case BLKRESETZONE:
407                 op = REQ_OP_ZONE_RESET;
408
409                 /* Invalidate the page cache, including dirty pages. */
410                 filemap_invalidate_lock(bdev->bd_inode->i_mapping);
411                 ret = blkdev_truncate_zone_range(bdev, mode, &zrange);
412                 if (ret)
413                         goto fail;
414                 break;
415         case BLKOPENZONE:
416                 op = REQ_OP_ZONE_OPEN;
417                 break;
418         case BLKCLOSEZONE:
419                 op = REQ_OP_ZONE_CLOSE;
420                 break;
421         case BLKFINISHZONE:
422                 op = REQ_OP_ZONE_FINISH;
423                 break;
424         default:
425                 return -ENOTTY;
426         }
427
428         ret = blkdev_zone_mgmt(bdev, op, zrange.sector, zrange.nr_sectors,
429                                GFP_KERNEL);
430
431 fail:
432         if (cmd == BLKRESETZONE)
433                 filemap_invalidate_unlock(bdev->bd_inode->i_mapping);
434
435         return ret;
436 }
437
438 void disk_free_zone_bitmaps(struct gendisk *disk)
439 {
440         kfree(disk->conv_zones_bitmap);
441         disk->conv_zones_bitmap = NULL;
442         kfree(disk->seq_zones_wlock);
443         disk->seq_zones_wlock = NULL;
444 }
445
446 struct blk_revalidate_zone_args {
447         struct gendisk  *disk;
448         unsigned long   *conv_zones_bitmap;
449         unsigned long   *seq_zones_wlock;
450         unsigned int    nr_zones;
451         sector_t        zone_sectors;
452         sector_t        sector;
453 };
454
455 /*
456  * Helper function to check the validity of zones of a zoned block device.
457  */
458 static int blk_revalidate_zone_cb(struct blk_zone *zone, unsigned int idx,
459                                   void *data)
460 {
461         struct blk_revalidate_zone_args *args = data;
462         struct gendisk *disk = args->disk;
463         struct request_queue *q = disk->queue;
464         sector_t capacity = get_capacity(disk);
465
466         /*
467          * All zones must have the same size, with the exception on an eventual
468          * smaller last zone.
469          */
470         if (zone->start == 0) {
471                 if (zone->len == 0 || !is_power_of_2(zone->len)) {
472                         pr_warn("%s: Invalid zoned device with non power of two zone size (%llu)\n",
473                                 disk->disk_name, zone->len);
474                         return -ENODEV;
475                 }
476
477                 args->zone_sectors = zone->len;
478                 args->nr_zones = (capacity + zone->len - 1) >> ilog2(zone->len);
479         } else if (zone->start + args->zone_sectors < capacity) {
480                 if (zone->len != args->zone_sectors) {
481                         pr_warn("%s: Invalid zoned device with non constant zone size\n",
482                                 disk->disk_name);
483                         return -ENODEV;
484                 }
485         } else {
486                 if (zone->len > args->zone_sectors) {
487                         pr_warn("%s: Invalid zoned device with larger last zone size\n",
488                                 disk->disk_name);
489                         return -ENODEV;
490                 }
491         }
492
493         /* Check for holes in the zone report */
494         if (zone->start != args->sector) {
495                 pr_warn("%s: Zone gap at sectors %llu..%llu\n",
496                         disk->disk_name, args->sector, zone->start);
497                 return -ENODEV;
498         }
499
500         /* Check zone type */
501         switch (zone->type) {
502         case BLK_ZONE_TYPE_CONVENTIONAL:
503                 if (!args->conv_zones_bitmap) {
504                         args->conv_zones_bitmap =
505                                 blk_alloc_zone_bitmap(q->node, args->nr_zones);
506                         if (!args->conv_zones_bitmap)
507                                 return -ENOMEM;
508                 }
509                 set_bit(idx, args->conv_zones_bitmap);
510                 break;
511         case BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ:
512         case BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_PREF:
513                 if (!args->seq_zones_wlock) {
514                         args->seq_zones_wlock =
515                                 blk_alloc_zone_bitmap(q->node, args->nr_zones);
516                         if (!args->seq_zones_wlock)
517                                 return -ENOMEM;
518                 }
519                 break;
520         default:
521                 pr_warn("%s: Invalid zone type 0x%x at sectors %llu\n",
522                         disk->disk_name, (int)zone->type, zone->start);
523                 return -ENODEV;
524         }
525
526         args->sector += zone->len;
527         return 0;
528 }
529
530 /**
531  * blk_revalidate_disk_zones - (re)allocate and initialize zone bitmaps
532  * @disk:       Target disk
533  * @update_driver_data: Callback to update driver data on the frozen disk
534  *
535  * Helper function for low-level device drivers to (re) allocate and initialize
536  * a disk request queue zone bitmaps. This functions should normally be called
537  * within the disk ->revalidate method for blk-mq based drivers.  For BIO based
538  * drivers only q->nr_zones needs to be updated so that the sysfs exposed value
539  * is correct.
540  * If the @update_driver_data callback function is not NULL, the callback is
541  * executed with the device request queue frozen after all zones have been
542  * checked.
543  */
544 int blk_revalidate_disk_zones(struct gendisk *disk,
545                               void (*update_driver_data)(struct gendisk *disk))
546 {
547         struct request_queue *q = disk->queue;
548         struct blk_revalidate_zone_args args = {
549                 .disk           = disk,
550         };
551         unsigned int noio_flag;
552         int ret;
553
554         if (WARN_ON_ONCE(!blk_queue_is_zoned(q)))
555                 return -EIO;
556         if (WARN_ON_ONCE(!queue_is_mq(q)))
557                 return -EIO;
558
559         if (!get_capacity(disk))
560                 return -EIO;
561
562         /*
563          * Ensure that all memory allocations in this context are done as if
564          * GFP_NOIO was specified.
565          */
566         noio_flag = memalloc_noio_save();
567         ret = disk->fops->report_zones(disk, 0, UINT_MAX,
568                                        blk_revalidate_zone_cb, &args);
569         if (!ret) {
570                 pr_warn("%s: No zones reported\n", disk->disk_name);
571                 ret = -ENODEV;
572         }
573         memalloc_noio_restore(noio_flag);
574
575         /*
576          * If zones where reported, make sure that the entire disk capacity
577          * has been checked.
578          */
579         if (ret > 0 && args.sector != get_capacity(disk)) {
580                 pr_warn("%s: Missing zones from sector %llu\n",
581                         disk->disk_name, args.sector);
582                 ret = -ENODEV;
583         }
584
585         /*
586          * Install the new bitmaps and update nr_zones only once the queue is
587          * stopped and all I/Os are completed (i.e. a scheduler is not
588          * referencing the bitmaps).
589          */
590         blk_mq_freeze_queue(q);
591         if (ret > 0) {
592                 blk_queue_chunk_sectors(q, args.zone_sectors);
593                 disk->nr_zones = args.nr_zones;
594                 swap(disk->seq_zones_wlock, args.seq_zones_wlock);
595                 swap(disk->conv_zones_bitmap, args.conv_zones_bitmap);
596                 if (update_driver_data)
597                         update_driver_data(disk);
598                 ret = 0;
599         } else {
600                 pr_warn("%s: failed to revalidate zones\n", disk->disk_name);
601                 disk_free_zone_bitmaps(disk);
602         }
603         blk_mq_unfreeze_queue(q);
604
605         kfree(args.seq_zones_wlock);
606         kfree(args.conv_zones_bitmap);
607         return ret;
608 }
609 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_revalidate_disk_zones);
610
611 void disk_clear_zone_settings(struct gendisk *disk)
612 {
613         struct request_queue *q = disk->queue;
614
615         blk_mq_freeze_queue(q);
616
617         disk_free_zone_bitmaps(disk);
618         blk_queue_flag_clear(QUEUE_FLAG_ZONE_RESETALL, q);
619         q->required_elevator_features &= ~ELEVATOR_F_ZBD_SEQ_WRITE;
620         disk->nr_zones = 0;
621         disk->max_open_zones = 0;
622         disk->max_active_zones = 0;
623         q->limits.chunk_sectors = 0;
624         q->limits.zone_write_granularity = 0;
625         q->limits.max_zone_append_sectors = 0;
626
627         blk_mq_unfreeze_queue(q);
628 }