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 1.51 2008/07/14 03:08:58 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        4
  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_t;
  98
  99 #if defined(_KERNEL) || defined(_KERNEL_STRUCTURES)
 100
 101 /*
 102  * The buffer header describes an I/O operation in the kernel.
 103  *
 104  * NOTES:
 105  *      b_bufsize represents the filesystem block size (for this particular
 106  *      block) and/or the allocation size or original request size.  This
 107  *      field is NOT USED by lower device layers.  VNode and device
 108  *      strategy routines WILL NEVER ACCESS THIS FIELD.
 109  *
 110  *      b_bcount represents the I/O request size.  Unless B_NOBCLIP is set,
 111  *      the device chain is allowed to clip b_bcount to accomodate the device
 112  *      EOF.  Note that this is different from the byte oriented file EOF.
 113  *      If B_NOBCLIP is set, the device chain is required to generate an
 114  *      error if it would othrewise have to clip the request.  Buffers
 115  *      obtained via getblk() automatically set B_NOBCLIP.  It is important
 116  *      to note that EOF clipping via b_bcount is different from EOF clipping
 117  *      via returning a b_actual < b_bcount.  B_NOBCLIP only effects block
 118  *      oriented EOF clipping (b_bcount modifications).
 119  *
 120  *      b_actual represents the number of bytes of I/O that actually occured,
 121  *      whether an error occured or not.  b_actual must be initialized to 0
 122  *      prior to initiating I/O as the device drivers will assume it to
 123  *      start at 0.
 124  *
 125  *      b_dirtyoff, b_dirtyend.  Buffers support piecemeal, unaligned
 126  *      ranges of dirty data that need to be written to backing store.
 127  *      The range is typically clipped at b_bcount (not b_bufsize).
 128  *
 129  *      b_bio1 and b_bio2 represent the two primary I/O layers.  Additional
 130  *      I/O layers are allocated out of the object cache and may also exist.
 131  *
 132  *      b_bio1 is the logical layer and contains offset or block number
 133  *      data for the primary vnode, b_vp.  I/O operations are almost
 134  *      universally initiated from the logical layer, so you will often
 135  *      see things like:  vn_strategy(bp->b_vp, &bp->b_bio1).
 136  *
 137  *      b_bio2 is the first physical layer (typically the slice-relative
 138  *      layer) and contains the translated offset or block number for
 139  *      the block device underlying a filesystem.   Filesystems such as UFS
 140  *      will maintain cached translations and you may see them initiate
 141  *      a 'physical' I/O using vn_strategy(devvp, &bp->b_bio2).  BUT,
 142  *      remember that the layering is relative to bp->b_vp, so the
 143  *      device-relative block numbers for buffer cache operations that occur
 144  *      directly on a block device will be in the first BIO layer.
 145  *
 146  *      b_ops - initialized if a buffer has a bio_ops
 147  *
 148  *      NOTE!!! Only the BIO subsystem accesses b_bio1 and b_bio2 directly.
 149  *      ALL STRATEGY LAYERS FOR BOTH VNODES AND DEVICES ONLY ACCESS THE BIO
 150  *      PASSED TO THEM, AND WILL PUSH ANOTHER BIO LAYER IF FORWARDING THE
 151  *      I/O DEEPER.  In particular, a vn_strategy() or dev_dstrategy()
 152  *      call should not ever access buf->b_vp as this vnode may be totally
 153  *      unrelated to the vnode/device whos strategy routine was called.
 154  */
 155 struct buf {
 156         RB_ENTRY(buf) b_rbnode;         /* RB node in vnode clean/dirty tree */
 157         RB_ENTRY(buf) b_rbhash;         /* RB node in vnode hash tree */
 158         TAILQ_ENTRY(buf) b_freelist;    /* Free list position if not active. */
 159         struct buf *b_cluster_next;     /* Next buffer (cluster code) */
 160         struct vnode *b_vp;             /* (vp, loffset) index */
 161         struct bio b_bio_array[NBUF_BIO]; /* BIO translation layers */
 162         u_int32_t b_flags;              /* B_* flags. */
 163         unsigned short b_qindex;        /* buffer queue index */
 164         unsigned short b_unused01;
 165         struct lock b_lock;             /* Buffer lock */
 166         buf_cmd_t b_cmd;                /* I/O command */
 167         int     b_bufsize;              /* Allocated buffer size. */
 168         int     b_runningbufspace;      /* when I/O is running, pipelining */
 169         int     b_bcount;               /* Valid bytes in buffer. */
 170         int     b_resid;                /* Remaining I/O */
 171         int     b_error;                /* Error return */
 172         caddr_t b_data;                 /* Memory, superblocks, indirect etc. */
 173         caddr_t b_kvabase;              /* base kva for buffer */
 174         int     b_kvasize;              /* size of kva for buffer */
 175         int     b_dirtyoff;             /* Offset in buffer of dirty region. */
 176         int     b_dirtyend;             /* Offset of end of dirty region. */
 177         struct  xio b_xio;              /* data buffer page list management */
 178         struct  bio_ops *b_ops;         /* bio_ops used w/ b_dep */
 179         struct  workhead b_dep;         /* List of filesystem dependencies. */
 180 };
 181
 182 /*
 183  * XXX temporary
 184  */
 185 #define b_bio1          b_bio_array[0]  /* logical layer */
 186 #define b_bio2          b_bio_array[1]  /* (typically) the disk layer */
 187 #define b_loffset       b_bio1.bio_offset
 188
 189
 190 /*
 191  * Flags passed to getblk()
 192  *
 193  * GETBLK_PCATCH - Allow signals to be caught.  getblk() is allowed to return
 194  *                 NULL if this flag is passed.
 195  *
 196  * GETBLK_BHEAVY - This is a heavy weight buffer, meaning that resolving
 197  *                 writes can require additional buffers.
 198  *
 199  * GETBLK_SZMATCH- blksize must match pre-existing b_bcount.  getblk() can
 200  *                 return NULL.
 201  *
 202  * GETBLK_NOWAIT - Do not use a blocking lock.  getblk() can return NULL.
 203  */
 204 #define GETBLK_PCATCH   0x0001  /* catch signals */
 205 #define GETBLK_BHEAVY   0x0002  /* heavy weight buffer */
 206 #define GETBLK_SZMATCH  0x0004  /* pre-existing buffer must match */
 207 #define GETBLK_NOWAIT   0x0008  /* non-blocking */
 208
 209 /*
 210  * These flags are kept in b_flags.
 211  *
 212  * Notes:
 213  *
 214  *      B_ASYNC         VOP calls on bp's are usually async whether or not
 215  *                      B_ASYNC is set, but some subsystems, such as NFS, like
 216  *                      to know what is best for the caller so they can
 217  *                      optimize the I/O.
 218  *
 219  *      B_PAGING        Indicates that bp is being used by the paging system or
 220  *                      some paging system and that the bp is not linked into
 221  *                      the b_vp's clean/dirty linked lists or ref counts.
 222  *                      Buffer vp reassignments are illegal in this case.
 223  *
 224  *      B_CACHE         This may only be set if the buffer is entirely valid.
 225  *                      The situation where B_DELWRI is set and B_CACHE is
 226  *                      clear MUST be committed to disk by getblk() so
 227  *                      B_DELWRI can also be cleared.  See the comments for
 228  *                      getblk() in kern/vfs_bio.c.  If B_CACHE is clear,
 229  *                      the caller is expected to clear B_ERROR|B_INVAL,
 230  *                      set BUF_CMD_READ, and initiate an I/O.
 231  *
 232  *                      The 'entire buffer' is defined to be the range from
 233  *                      0 through b_bcount.
 234  *
 235  *      B_MALLOC        Request that the buffer be allocated from the malloc
 236  *                      pool, DEV_BSIZE aligned instead of PAGE_SIZE aligned.
 237  *
 238  *      B_CLUSTEROK     This flag is typically set for B_DELWRI buffers
 239  *                      by filesystems that allow clustering when the buffer
 240  *                      is fully dirty and indicates that it may be clustered
 241  *                      with other adjacent dirty buffers.  Note the clustering
 242  *                      may not be used with the stage 1 data write under NFS
 243  *                      but may be used for the commit rpc portion.
 244  *
 245  *      B_VMIO          Indicates that the buffer is tied into an VM object.
 246  *                      The buffer's data is always PAGE_SIZE aligned even
 247  *                      if b_bufsize and b_bcount are not.  ( b_bufsize is
 248  *                      always at least DEV_BSIZE aligned, though ).
 249  *
 250  *      B_DIRECT        Hint that we should attempt to completely free
 251  *                      the pages underlying the buffer.   B_DIRECT is
 252  *                      sticky until the buffer is released and typically
 253  *                      only has an effect when B_RELBUF is also set.
 254  *
 255  *      B_LOCKED        The buffer will be released to the locked queue
 256  *                      regardless of its current state.  Note that
 257  *                      if B_DELWRI is set, no I/O occurs until the caller
 258  *                      acquires the buffer, clears B_LOCKED, then releases
 259  *                      it again.
 260  *
 261  *      B_AGE           When allocating a new buffer any buffer encountered
 262  *                      with B_AGE set will be reallocated more quickly then
 263  *                      buffers encountered without it set.  B_AGE is set
 264  *                      as part of the loop so idle buffers should eventually
 265  *                      wind up with B_AGE set.  B_AGE explicitly does NOT
 266  *                      cause the buffer to be instantly reallocated for
 267  *                      other purposes.
 268  *
 269  *                      Standard buffer flushing routines leave B_AGE intact
 270  *                      through the DIRTY queue and into the CLEAN queue.
 271  *                      Setting B_AGE on a dirty buffer will not cause it
 272  *                      to be flushed more quickly but will cause it to be
 273  *                      reallocated more quickly after having been flushed.
 274  */
 275
 276 #define B_AGE           0x00000001      /* Reuse more quickly */
 277 #define B_NEEDCOMMIT    0x00000002      /* Append-write in progress. */
 278 #define B_ASYNC         0x00000004      /* Start I/O, do not wait. */
 279 #define B_DIRECT        0x00000008      /* direct I/O flag (pls free vmio) */
 280 #define B_DEFERRED      0x00000010      /* vfs-controlled deferment */
 281 #define B_CACHE         0x00000020      /* Bread found us in the cache. */
 282 #define B_HASHED        0x00000040      /* Indexed via v_rbhash_tree */
 283 #define B_DELWRI        0x00000080      /* Delay I/O until buffer reused. */
 284 #define B_BNOCLIP       0x00000100      /* EOF clipping b_bcount not allowed */
 285 #define B_UNUSED0200    0x00000200
 286 #define B_EINTR         0x00000400      /* I/O was interrupted */
 287 #define B_ERROR         0x00000800      /* I/O error occurred. */
 288 #define B_UNUSED1000    0x00001000      /* Unused */
 289 #define B_INVAL         0x00002000      /* Does not contain valid info. */
 290 #define B_LOCKED        0x00004000      /* Locked in core (not reusable). */
 291 #define B_NOCACHE       0x00008000      /* Destroy buffer AND backing store */
 292 #define B_MALLOC        0x00010000      /* malloced b_data */
 293 #define B_CLUSTEROK     0x00020000      /* Pagein op, so swap() can count it. */
 294 #define B_UNUSED40000   0x00040000
 295 #define B_RAW           0x00080000      /* Set by physio for raw transfers. */
 296 #define B_HEAVY         0x00100000      /* Heavy-weight buffer */
 297 #define B_DIRTY         0x00200000      /* Needs writing later. */
 298 #define B_RELBUF        0x00400000      /* Release VMIO buffer. */
 299 #define B_WANT          0x00800000      /* Used by vm_pager.c */
 300 #define B_VNCLEAN       0x01000000      /* On vnode clean list */
 301 #define B_VNDIRTY       0x02000000      /* On vnode dirty list */
 302 #define B_PAGING        0x04000000      /* volatile paging I/O -- bypass VMIO */
 303 #define B_ORDERED       0x08000000      /* Must guarantee I/O ordering */
 304 #define B_RAM           0x10000000      /* Read ahead mark (flag) */
 305 #define B_VMIO          0x20000000      /* VMIO flag */
 306 #define B_CLUSTER       0x40000000      /* pagein op, so swap() can count it */
 307 #define B_UNUSED80000000 0x80000000
 308
 309 #define PRINT_BUF_FLAGS "\20"   \
 310         "\40unused31\37cluster\36vmio\35ram\34ordered" \
 311         "\33paging\32vndirty\31vnclean\30want\27relbuf\26dirty" \
 312         "\25unused20\24raw\23unused18\22clusterok\21malloc\20nocache" \
 313         "\17locked\16inval\15unused12\14error\13eintr\12unused9\11bnoclip" \
 314         "\10delwri\7hashed\6cache\5deferred\4direct\3async\2needcommit\1age"
 315
 316 #define NOOFFSET        (-1LL)          /* No buffer offset calculated yet */
 317
 318 #ifdef _KERNEL
 319 /*
 320  * Buffer locking.  See sys/buf2.h for inline functions.
 321  */
 322 extern char *buf_wmesg;                 /* Default buffer lock message */
 323 #define BUF_WMESG "bufwait"
 324
 325 #endif /* _KERNEL */
 326
 327 struct bio_queue_head {
 328         TAILQ_HEAD(bio_queue, bio) queue;
 329         off_t   last_offset;
 330         struct  bio *insert_point;
 331         struct  bio *switch_point;
 332 };
 333
 334 /*
 335  * This structure describes a clustered I/O.
 336  */
 337 struct cluster_save {
 338         int     bs_nchildren;           /* Number of associated buffers. */
 339         struct buf **bs_children;       /* List of associated buffers. */
 340 };
 341
 342 /*
 343  * Zero out the buffer's data area.
 344  */
 345 #define clrbuf(bp) {                                                    \
 346         bzero((bp)->b_data, (u_int)(bp)->b_bcount);                     \
 347         (bp)->b_resid = 0;                                              \
 348 }
 349
 350 /*
 351  * Flags to low-level bitmap allocation routines (balloc).
 352  *
 353  * Note: sequential_heuristic() in kern/vfs_vnops.c limits the count
 354  * to 127.
 355  */
 356 #define B_SEQMASK       0x7F000000      /* Sequential heuristic mask. */
 357 #define B_SEQSHIFT      24              /* Sequential heuristic shift. */
 358 #define B_SEQMAX        0x7F
 359 #define B_CLRBUF        0x01            /* Cleared invalid areas of buffer. */
 360 #define B_SYNC          0x02            /* Do all allocations synchronously. */
 361
 362 #ifdef _KERNEL
 363 extern int      nbuf;                   /* The number of buffer headers */
 364 extern int      maxswzone;              /* Max KVA for swap structures */
 365 extern int      maxbcache;              /* Max KVA for buffer cache */
 366 extern int      runningbufspace;
 367 extern int      runningbufcount;
 368 extern int      hidirtybufspace;
 369 extern int      buf_maxio;              /* nominal maximum I/O for buffer */
 370 extern struct buf *buf;                 /* The buffer headers. */
 371 extern char     *buffers;               /* The buffer contents. */
 372 extern int      bufpages;               /* Number of memory pages in the buffer pool. */
 373 extern struct   buf *swbuf;             /* Swap I/O buffer headers. */
 374 extern int      nswbuf;                 /* Number of swap I/O buffer headers. */
 375
 376 struct uio;
 377
 378 void    bufinit (void);
 379 int     bd_heatup (void);
 380 void    bd_wait (int count);
 381 int     buf_dirty_count_severe (void);
 382 void    initbufbio(struct buf *);
 383 void    reinitbufbio(struct buf *);
 384 void    clearbiocache(struct bio *);
 385 void    bremfree (struct buf *);
 386 int     bread (struct vnode *, off_t, int, struct buf **);
 387 int     breadn (struct vnode *, off_t, int, off_t *, int *, int,
 388             struct buf **);
 389 int     bwrite (struct buf *);
 390 void    bdwrite (struct buf *);
 391 void    bawrite (struct buf *);
 392 void    bdirty (struct buf *);
 393 void    bheavy (struct buf *);
 394 void    bundirty (struct buf *);
 395 int     bowrite (struct buf *);
 396 void    brelse (struct buf *);
 397 void    bqrelse (struct buf *);
 398 int     vfs_bio_awrite (struct buf *);
 399 struct buf *getpbuf (int *);
 400 int     inmem (struct vnode *, off_t);
 401 struct buf *findblk (struct vnode *, off_t);
 402 struct buf *getblk (struct vnode *, off_t, int, int, int);
 403 struct buf *geteblk (int);
 404 void regetblk(struct buf *bp);
 405 struct bio *push_bio(struct bio *);
 406 struct bio *pop_bio(struct bio *);
 407 int     biowait (struct buf *);
 408 void    biodone (struct bio *);
 409
 410 void    cluster_append(struct bio *, struct buf *);
 411 int     cluster_read (struct vnode *, off_t, off_t, int,
 412             int, int, struct buf **);
 413 int     cluster_wbuild (struct vnode *, int, off_t, int);
 414 void    cluster_write (struct buf *, off_t, int, int);
 415 int     physread (struct dev_read_args *);
 416 int     physwrite (struct dev_write_args *);
 417 void    vfs_bio_set_validclean (struct buf *, int base, int size);
 418 void    vfs_bio_clrbuf (struct buf *);
 419 void    vfs_busy_pages (struct vnode *, struct buf *);
 420 void    vfs_unbusy_pages (struct buf *);
 421 int     vmapbuf (struct buf *, caddr_t, int);
 422 void    vunmapbuf (struct buf *);
 423 void    relpbuf (struct buf *, int *);
 424 void    brelvp (struct buf *);
 425 void    bgetvp (struct vnode *, struct buf *);
 426 int     allocbuf (struct buf *bp, int size);
 427 int     scan_all_buffers (int (*)(struct buf *, void *), void *);
 428 void    reassignbuf (struct buf *);
 429 struct  buf *trypbuf (int *);
 430 void    bio_ops_sync(struct mount *mp);
 431
 432 #endif  /* _KERNEL */
 433 #endif  /* _KERNEL || _KERNEL_STRUCTURES */
 434 #endif  /* !_SYS_BUF_H_ */