5c2a0d68560153cdcfcd6905225281f3df600f2e
[dragonfly.git] / sys / sys / buf.h
1 /*
2  * Copyright (c) 1982, 1986, 1989, 1993
3  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
4  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
5  * All or some portions of this file are derived from material licensed
6  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
7  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
8  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
9  *
10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
11  * modification, are permitted provided that the following conditions
12  * are met:
13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
18  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
19  *    must display the following acknowledgement:
20  *      This product includes software developed by the University of
21  *      California, Berkeley and its contributors.
22  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
23  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
24  *    without specific prior written permission.
25  *
26  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
27  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
28  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
29  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
30  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
31  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
32  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
33  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
34  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
35  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
36  * SUCH DAMAGE.
37  *
38  *      @(#)buf.h       8.9 (Berkeley) 3/30/95
39  * $FreeBSD: src/sys/sys/buf.h,v 1.88.2.10 2003/01/25 19:02:23 dillon Exp $
40  * $DragonFly: src/sys/sys/buf.h,v 1.54 2008/08/29 20:08:37 dillon Exp $
41  */
42
43 #ifndef _SYS_BUF_H_
44 #define _SYS_BUF_H_
45
46 #if defined(_KERNEL) || defined(_KERNEL_STRUCTURES)
47
48 #ifndef _SYS_QUEUE_H_
49 #include <sys/queue.h>
50 #endif
51 #ifndef _SYS_LOCK_H_
52 #include <sys/lock.h>
53 #endif
54 #ifndef _SYS_DEVICE_H_
55 #include <sys/device.h>
56 #endif
57
58 #ifndef _SYS_XIO_H_
59 #include <sys/xio.h>
60 #endif
61 #ifndef _SYS_TREE_H_
62 #include <sys/tree.h>
63 #endif
64 #ifndef _SYS_BIO_H_
65 #include <sys/bio.h>
66 #endif
67 #ifndef _SYS_SPINLOCK_H_
68 #include <sys/spinlock.h>
69 #endif
70
71 struct buf;
72 struct bio;
73 struct mount;
74 struct vnode;
75 struct xio;
76
77 #define NBUF_BIO        6
78
79 struct buf_rb_tree;
80 struct buf_rb_hash;
81 RB_PROTOTYPE2(buf_rb_tree, buf, b_rbnode, rb_buf_compare, off_t);
82 RB_PROTOTYPE2(buf_rb_hash, buf, b_rbhash, rb_buf_compare, off_t);
83
84 /*
85  * To avoid including <ufs/ffs/softdep.h> 
86  */   
87 LIST_HEAD(workhead, worklist);
88
89 #endif
90
91 typedef enum buf_cmd {
92         BUF_CMD_DONE = 0,
93         BUF_CMD_READ,
94         BUF_CMD_WRITE,
95         BUF_CMD_FREEBLKS,
96         BUF_CMD_FORMAT,
97         BUF_CMD_FLUSH
98 } buf_cmd_t;
99
100 #if defined(_KERNEL) || defined(_KERNEL_STRUCTURES)
101
102 /*
103  * The buffer header describes an I/O operation in the kernel.
104  *
105  * NOTES:
106  *      b_bufsize represents the filesystem block size (for this particular
107  *      block) and/or the allocation size or original request size.  This
108  *      field is NOT USED by lower device layers.  VNode and device
109  *      strategy routines WILL NEVER ACCESS THIS FIELD.
110  *
111  *      b_bcount represents the I/O request size.  Unless B_NOBCLIP is set,
112  *      the device chain is allowed to clip b_bcount to accomodate the device
113  *      EOF.  Note that this is different from the byte oriented file EOF.
114  *      If B_NOBCLIP is set, the device chain is required to generate an
115  *      error if it would othrewise have to clip the request.  Buffers 
116  *      obtained via getblk() automatically set B_NOBCLIP.  It is important
117  *      to note that EOF clipping via b_bcount is different from EOF clipping
118  *      via returning a b_actual < b_bcount.  B_NOBCLIP only effects block
119  *      oriented EOF clipping (b_bcount modifications).
120  *
121  *      b_actual represents the number of bytes of I/O that actually occured,
122  *      whether an error occured or not.  b_actual must be initialized to 0
123  *      prior to initiating I/O as the device drivers will assume it to
124  *      start at 0.
125  *
126  *      b_dirtyoff, b_dirtyend.  Buffers support piecemeal, unaligned
127  *      ranges of dirty data that need to be written to backing store.
128  *      The range is typically clipped at b_bcount (not b_bufsize).
129  *
130  *      b_bio1 and b_bio2 represent the two primary I/O layers.  Additional
131  *      I/O layers are allocated out of the object cache and may also exist.
132  *
133  *      b_bio1 is the logical layer and contains offset or block number 
134  *      data for the primary vnode, b_vp.  I/O operations are almost
135  *      universally initiated from the logical layer, so you will often
136  *      see things like:  vn_strategy(bp->b_vp, &bp->b_bio1).
137  *
138  *      b_bio2 is the first physical layer (typically the slice-relative
139  *      layer) and contains the translated offset or block number for
140  *      the block device underlying a filesystem.   Filesystems such as UFS
141  *      will maintain cached translations and you may see them initiate
142  *      a 'physical' I/O using vn_strategy(devvp, &bp->b_bio2).  BUT, 
143  *      remember that the layering is relative to bp->b_vp, so the
144  *      device-relative block numbers for buffer cache operations that occur
145  *      directly on a block device will be in the first BIO layer.
146  *
147  *      b_ops - initialized if a buffer has a bio_ops
148  *
149  *      NOTE!!! Only the BIO subsystem accesses b_bio1 and b_bio2 directly.
150  *      ALL STRATEGY LAYERS FOR BOTH VNODES AND DEVICES ONLY ACCESS THE BIO
151  *      PASSED TO THEM, AND WILL PUSH ANOTHER BIO LAYER IF FORWARDING THE
152  *      I/O DEEPER.  In particular, a vn_strategy() or dev_dstrategy()
153  *      call should not ever access buf->b_vp as this vnode may be totally
154  *      unrelated to the vnode/device whos strategy routine was called.
155  */
156 struct buf {
157         RB_ENTRY(buf) b_rbnode;         /* RB node in vnode clean/dirty tree */
158         RB_ENTRY(buf) b_rbhash;         /* RB node in vnode hash tree */
159         TAILQ_ENTRY(buf) b_freelist;    /* Free list position if not active. */
160         struct buf *b_cluster_next;     /* Next buffer (cluster code) */
161         struct vnode *b_vp;             /* (vp, loffset) index */
162         struct bio b_bio_array[NBUF_BIO]; /* BIO translation layers */ 
163         u_int32_t b_flags;              /* B_* flags. */
164         unsigned short b_qindex;        /* buffer queue index */
165         unsigned char b_act_count;      /* similar to vm_page act_count */
166         unsigned char b_unused01;
167         struct lock b_lock;             /* Buffer lock */
168         void    *b_iosched;             /* I/O scheduler priv data */
169         buf_cmd_t b_cmd;                /* I/O command */
170         int     b_bufsize;              /* Allocated buffer size. */
171         int     b_runningbufspace;      /* when I/O is running, pipelining */
172         int     b_bcount;               /* Valid bytes in buffer. */
173         int     b_resid;                /* Remaining I/O */
174         int     b_error;                /* Error return */
175         caddr_t b_data;                 /* Memory, superblocks, indirect etc. */
176         caddr_t b_kvabase;              /* base kva for buffer */
177         int     b_kvasize;              /* size of kva for buffer */
178         int     b_dirtyoff;             /* Offset in buffer of dirty region. */
179         int     b_dirtyend;             /* Offset of end of dirty region. */
180         int     b_refs;                 /* FINDBLK_REF / unrefblk() */
181         struct  xio b_xio;              /* data buffer page list management */
182         struct  bio_ops *b_ops;         /* bio_ops used w/ b_dep */
183         struct  workhead b_dep;         /* List of filesystem dependencies. */
184 };
185
186 /*
187  * XXX temporary
188  */
189 #define b_bio1          b_bio_array[0]  /* logical layer */
190 #define b_bio2          b_bio_array[1]  /* (typically) the disk layer */
191 #define b_loffset       b_bio1.bio_offset
192
193
194 /*
195  * Flags passed to getblk()
196  *
197  * GETBLK_PCATCH - Allow signals to be caught.  getblk() is allowed to return
198  *                 NULL if this flag is passed.
199  *
200  * GETBLK_BHEAVY - This is a heavy weight buffer, meaning that resolving
201  *                 writes can require additional buffers.
202  *
203  * GETBLK_SZMATCH- blksize must match pre-existing b_bcount.  getblk() can
204  *                 return NULL.
205  *
206  * GETBLK_NOWAIT - Do not use a blocking lock.  getblk() can return NULL.
207  */
208 #define GETBLK_PCATCH   0x0001  /* catch signals */
209 #define GETBLK_BHEAVY   0x0002  /* heavy weight buffer */
210 #define GETBLK_SZMATCH  0x0004  /* pre-existing buffer must match */
211 #define GETBLK_NOWAIT   0x0008  /* non-blocking */
212
213 #define FINDBLK_TEST    0x0010  /* test only, do not lock */
214 #define FINDBLK_NBLOCK  0x0020  /* use non-blocking lock, can return NULL */
215 #define FINDBLK_REF     0x0040  /* ref the buf to prevent reuse */
216
217 /*
218  * These flags are kept in b_flags.
219  *
220  * Notes:
221  *
222  *      B_PAGING        Indicates that bp is being used by the paging system or
223  *                      some paging system and that the bp is not linked into
224  *                      the b_vp's clean/dirty linked lists or ref counts.
225  *                      Buffer vp reassignments are illegal in this case.
226  *
227  *      B_CACHE         This may only be set if the buffer is entirely valid.
228  *                      The situation where B_DELWRI is set and B_CACHE is
229  *                      clear MUST be committed to disk by getblk() so 
230  *                      B_DELWRI can also be cleared.  See the comments for
231  *                      getblk() in kern/vfs_bio.c.  If B_CACHE is clear,
232  *                      the caller is expected to clear B_ERROR|B_INVAL,
233  *                      set BUF_CMD_READ, and initiate an I/O.
234  *
235  *                      The 'entire buffer' is defined to be the range from
236  *                      0 through b_bcount.
237  *
238  *      B_MALLOC        Request that the buffer be allocated from the malloc
239  *                      pool, DEV_BSIZE aligned instead of PAGE_SIZE aligned.
240  *
241  *      B_CLUSTEROK     This flag is typically set for B_DELWRI buffers
242  *                      by filesystems that allow clustering when the buffer
243  *                      is fully dirty and indicates that it may be clustered
244  *                      with other adjacent dirty buffers.  Note the clustering
245  *                      may not be used with the stage 1 data write under NFS
246  *                      but may be used for the commit rpc portion.
247  *
248  *      B_VMIO          Indicates that the buffer is tied into an VM object.
249  *                      The buffer's data is always PAGE_SIZE aligned even
250  *                      if b_bufsize and b_bcount are not.  ( b_bufsize is 
251  *                      always at least DEV_BSIZE aligned, though ).
252  *      
253  *      B_DIRECT        Hint that we should attempt to completely free
254  *                      the pages underlying the buffer.   B_DIRECT is 
255  *                      sticky until the buffer is released and typically
256  *                      only has an effect when B_RELBUF is also set.
257  *
258  *      B_LOCKED        The buffer will be released to the locked queue
259  *                      regardless of its current state.  Note that
260  *                      if B_DELWRI is set, no I/O occurs until the caller
261  *                      acquires the buffer, clears B_LOCKED, then releases
262  *                      it again.
263  *
264  *      B_AGE           When allocating a new buffer any buffer encountered
265  *                      with B_AGE set will be reallocated more quickly then
266  *                      buffers encountered without it set.  B_AGE is set
267  *                      as part of the loop so idle buffers should eventually
268  *                      wind up with B_AGE set.  B_AGE explicitly does NOT
269  *                      cause the buffer to be instantly reallocated for
270  *                      other purposes.
271  *
272  *                      Standard buffer flushing routines leave B_AGE intact
273  *                      through the DIRTY queue and into the CLEAN queue.
274  *                      Setting B_AGE on a dirty buffer will not cause it
275  *                      to be flushed more quickly but will cause it to be
276  *                      reallocated more quickly after having been flushed.
277  *
278  *      B_NOCACHE       Request that the buffer and backing store be
279  *                      destroyed on completion.  If B_DELWRI is set and the
280  *                      write fails, the buffer remains intact.
281  *
282  *      B_NOTMETA       May be set on block device buffers representing
283  *                      file data (i.e. which aren't really meta-data),
284  *                      which will cause the buffer cache to set PG_NOTMETA
285  *                      in the VM pages when releasing them and the
286  *                      swapcache to not try to cache them.
287  */
288
289 #define B_AGE           0x00000001      /* Reuse more quickly */
290 #define B_NEEDCOMMIT    0x00000002      /* Append-write in progress. */
291 #define B_NOTMETA       0x00000004      /* This really isn't metadata */
292 #define B_DIRECT        0x00000008      /* direct I/O flag (pls free vmio) */
293 #define B_DEFERRED      0x00000010      /* vfs-controlled deferment */
294 #define B_CACHE         0x00000020      /* Bread found us in the cache. */
295 #define B_HASHED        0x00000040      /* Indexed via v_rbhash_tree */
296 #define B_DELWRI        0x00000080      /* Delay I/O until buffer reused. */
297 #define B_BNOCLIP       0x00000100      /* EOF clipping b_bcount not allowed */
298 #define B_HASBOGUS      0x00000200      /* Contains bogus pages */
299 #define B_EINTR         0x00000400      /* I/O was interrupted */
300 #define B_ERROR         0x00000800      /* I/O error occurred. */
301 #define B_IODEBUG       0x00001000      /* (Debugging only bread) */
302 #define B_INVAL         0x00002000      /* Does not contain valid info. */
303 #define B_LOCKED        0x00004000      /* Locked in core (not reusable). */
304 #define B_NOCACHE       0x00008000      /* Destroy buffer AND backing store */
305 #define B_MALLOC        0x00010000      /* malloced b_data */
306 #define B_CLUSTEROK     0x00020000      /* Pagein op, so swap() can count it. */
307 #define B_UNUSED18      0x00040000
308 #define B_RAW           0x00080000      /* Set by physio for raw transfers. */
309 #define B_HEAVY         0x00100000      /* Heavy-weight buffer */
310 #define B_DIRTY         0x00200000      /* Needs writing later. */
311 #define B_RELBUF        0x00400000      /* Release VMIO buffer. */
312 #define B_UNUSED23      0x00800000      /* Request wakeup on done */
313 #define B_VNCLEAN       0x01000000      /* On vnode clean list */
314 #define B_VNDIRTY       0x02000000      /* On vnode dirty list */
315 #define B_PAGING        0x04000000      /* volatile paging I/O -- bypass VMIO */
316 #define B_ORDERED       0x08000000      /* Must guarantee I/O ordering */
317 #define B_RAM           0x10000000      /* Read ahead mark (flag) */
318 #define B_VMIO          0x20000000      /* VMIO flag */
319 #define B_CLUSTER       0x40000000      /* pagein op, so swap() can count it */
320 #define B_VFSFLAG1      0x80000000      /* VFSs can set this flag */
321
322 #define PRINT_BUF_FLAGS "\20"   \
323         "\40unused31\37cluster\36vmio\35ram\34ordered" \
324         "\33paging\32vndirty\31vnclean\30unused23\27relbuf\26dirty" \
325         "\25unused20\24raw\23unused18\22clusterok\21malloc\20nocache" \
326         "\17locked\16inval\15unused12\14error\13eintr\12unused9\11bnoclip" \
327         "\10delwri\7hashed\6cache\5deferred\4direct\3unused2\2needcommit\1age"
328
329 #define NOOFFSET        (-1LL)          /* No buffer offset calculated yet */
330
331 #ifdef _KERNEL
332 /*
333  * Buffer locking.  See sys/buf2.h for inline functions.
334  */
335 extern char *buf_wmesg;                 /* Default buffer lock message */
336 #define BUF_WMESG "bufwait"
337
338 #endif /* _KERNEL */
339
340 struct bio_queue_head {
341         TAILQ_HEAD(bio_queue, bio) queue;
342         off_t   off_unused;
343         int     reorder;
344         struct  bio *transition;
345         struct  bio *bio_unused;
346 };
347
348 /*
349  * This structure describes a clustered I/O.
350  */
351 struct cluster_save {
352         int     bs_nchildren;           /* Number of associated buffers. */
353         struct buf **bs_children;       /* List of associated buffers. */
354 };
355
356 /*
357  * Zero out the buffer's data area.
358  */
359 #define clrbuf(bp) {                                                    \
360         bzero((bp)->b_data, (u_int)(bp)->b_bcount);                     \
361         (bp)->b_resid = 0;                                              \
362 }
363
364 /*
365  * Flags to low-level bitmap allocation routines (balloc).
366  *
367  * Note: sequential_heuristic() in kern/vfs_vnops.c limits the count
368  * to 127.
369  */
370 #define B_SEQMASK       0x7F000000      /* Sequential heuristic mask. */
371 #define B_SEQSHIFT      24              /* Sequential heuristic shift. */
372 #define B_SEQMAX        0x7F
373 #define B_CLRBUF        0x01            /* Cleared invalid areas of buffer. */
374 #define B_SYNC          0x02            /* Do all allocations synchronously. */
375
376 #ifdef _KERNEL
377 extern int      nbuf;                   /* The number of buffer headers */
378 extern long     maxswzone;              /* Max KVA for swap structures */
379 extern long     maxbcache;              /* Max KVA for buffer cache */
380 extern int      hidirtybufspace;
381 extern int      buf_maxio;              /* nominal maximum I/O for buffer */
382 extern struct buf *buf;                 /* The buffer headers. */
383 extern char     *buffers;               /* The buffer contents. */
384 extern int      bufpages;               /* Number of memory pages in the buffer pool. */
385 extern struct   buf *swbuf;             /* Swap I/O buffer headers. */
386 extern int      nswbuf;                 /* Number of swap I/O buffer headers. */
387 extern int      bioq_reorder_burst_interval;
388 extern int      bioq_reorder_burst_bytes;
389 extern int      bioq_reorder_minor_interval;
390 extern int      bioq_reorder_minor_bytes;
391
392 struct uio;
393 struct devstat;
394
395 void    bufinit (void);
396 int     bd_heatup (void);
397 void    bd_wait (int count);
398 void    waitrunningbufspace(void);
399 int     buf_dirty_count_severe (void);
400 int     buf_runningbufspace_severe (void);
401 void    initbufbio(struct buf *);
402 void    uninitbufbio(struct buf *);
403 void    reinitbufbio(struct buf *);
404 void    clearbiocache(struct bio *);
405 void    bremfree (struct buf *);
406 int     bread (struct vnode *, off_t, int, struct buf **);
407 int     breadn (struct vnode *, off_t, int, off_t *, int *, int,
408             struct buf **);
409 int     bwrite (struct buf *);
410 void    bdwrite (struct buf *);
411 void    buwrite (struct buf *);
412 void    bawrite (struct buf *);
413 void    bdirty (struct buf *);
414 void    bheavy (struct buf *);
415 void    bundirty (struct buf *);
416 int     bowrite (struct buf *);
417 void    brelse (struct buf *);
418 void    bqrelse (struct buf *);
419 int     vfs_bio_awrite (struct buf *);
420 struct buf *getpbuf (int *);
421 struct buf *getpbuf_kva (int *);
422 int     inmem (struct vnode *, off_t);
423 struct buf *findblk (struct vnode *, off_t, int);
424 struct buf *getblk (struct vnode *, off_t, int, int, int);
425 struct buf *getcacheblk (struct vnode *, off_t);
426 struct buf *geteblk (int);
427 void unrefblk(struct buf *bp);
428 void regetblk(struct buf *bp);
429 struct bio *push_bio(struct bio *);
430 struct bio *pop_bio(struct bio *);
431 int     biowait (struct bio *, const char *);
432 int     biowait_timeout (struct bio *, const char *, int);
433 void    bpdone (struct buf *, int);
434 void    biodone (struct bio *);
435 void    biodone_sync (struct bio *);
436
437 void    cluster_append(struct bio *, struct buf *);
438 int     cluster_read (struct vnode *, off_t, off_t, int,
439             size_t, size_t, struct buf **);
440 int     cluster_wbuild (struct vnode *, int, off_t, int);
441 void    cluster_write (struct buf *, off_t, int, int);
442 int     physread (struct dev_read_args *);
443 int     physwrite (struct dev_write_args *);
444 void    vfs_bio_clrbuf (struct buf *);
445 void    vfs_busy_pages (struct vnode *, struct buf *);
446 void    vfs_unbusy_pages (struct buf *);
447 int     vmapbuf (struct buf *, caddr_t, int);
448 void    vunmapbuf (struct buf *);
449 void    relpbuf (struct buf *, int *);
450 void    brelvp (struct buf *);
451 int     bgetvp (struct vnode *, struct buf *, int);
452 void    bsetrunningbufspace(struct buf *, int);
453 int     allocbuf (struct buf *bp, int size);
454 int     scan_all_buffers (int (*)(struct buf *, void *), void *);
455 void    reassignbuf (struct buf *);
456 struct  buf *trypbuf (int *);
457 struct  buf *trypbuf_kva (int *);
458 void    bio_ops_sync(struct mount *mp);
459 void    vm_hold_free_pages(struct buf *bp, vm_offset_t from, vm_offset_t to);
460 void    vm_hold_load_pages(struct buf *bp, vm_offset_t from, vm_offset_t to);
461 void    nestiobuf_done(struct bio *mbio, int donebytes, int error, struct devstat *stats);
462 void    nestiobuf_init(struct bio *mbio);
463 void    nestiobuf_add(struct bio *mbio, struct buf *bp, int off, size_t size, struct devstat *stats);
464 void    nestiobuf_start(struct bio *mbio);
465 void    nestiobuf_error(struct bio *mbio, int error);
466 #endif  /* _KERNEL */
467 #endif  /* _KERNEL || _KERNEL_STRUCTURES */
468 #endif  /* !_SYS_BUF_H_ */