Quelle  indexer.h   Sprache: C

/* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
/*
 * Copyright 2023 Red Hat
 */

#ifndef INDEXER_H
#define INDEXER_H

#include <linux/mutex.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/stddef.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/wait.h>

#include "funnel-queue.h"

/*
 * UDS public API
 *
 * The Universal Deduplication System (UDS) is an efficient name-value store. When used for
 * deduplicating storage, the names are generally hashes of data blocks and the associated data is
 * where that block is located on the underlying storage medium. The stored names are expected to
 * be randomly distributed among the space of possible names. If this assumption is violated, the
 * UDS index will store fewer names than normal but will otherwise continue to work. The data
 * associated with each name can be any 16-byte value.
 *
 * A client must first create an index session to interact with an index. Once created, the session
 * can be shared among multiple threads or users. When a session is destroyed, it will also close
 * and save any associated index.
 *
 * To make a request, a client must allocate a uds_request structure and set the required fields
 * before launching it. UDS will invoke the provided callback to complete the request. After the
 * callback has been called, the uds_request structure can be freed or reused for a new request.
 * There are five types of requests:
 *
 * A UDS_UPDATE request will associate the provided name with the provided data. Any previous data
 * associated with that name will be discarded.
 *
 * A UDS_QUERY request will return the data associated with the provided name, if any. The entry
 * for the name will also be marked as most recent, as if the data had been updated.
 *
 * A UDS_POST request is a combination of UDS_QUERY and UDS_UPDATE. If there is already data
 * associated with the provided name, that data is returned. If there is no existing association,
 * the name is associated with the newly provided data. This request is equivalent to a UDS_QUERY
 * request followed by a UDS_UPDATE request if no data is found, but it is much more efficient.
 *
 * A UDS_QUERY_NO_UPDATE request will return the data associated with the provided name, but will
 * not change the recency of the entry for the name. This request is primarily useful for testing,
 * to determine whether an entry exists without changing the internal state of the index.
 *
 * A UDS_DELETE request removes any data associated with the provided name. This operation is
 * generally not necessary, because the index will automatically discard its oldest entries once it
 * becomes full.
 */

/* General UDS constants and structures */

enum uds_request_type {
 /* Create or update the mapping for a name, and make the name most recent. */
 UDS_UPDATE,

 /* Return any mapped data for a name, and make the name most recent. */
 UDS_QUERY,

 /*
 * Return any mapped data for a name, or map the provided data to the name if there is no
 * current data, and make the name most recent.
 */
 UDS_POST,

 /* Return any mapped data for a name without updating its recency. */
 UDS_QUERY_NO_UPDATE,

 /* Remove any mapping for a name. */
 UDS_DELETE,

} __packed;

enum uds_open_index_type {
 /* Create a new index. */
 UDS_CREATE,

 /* Load an existing index and try to recover if necessary. */
 UDS_LOAD,

 /* Load an existing index, but only if it was saved cleanly. */
 UDS_NO_REBUILD,
};

enum {
 /* The record name size in bytes */
 UDS_RECORD_NAME_SIZE = 16,
 /* The maximum record data size in bytes */
 UDS_RECORD_DATA_SIZE = 16,
};

/*
 * A type representing a UDS memory configuration which is either a positive integer number of
 * gigabytes or one of the six special constants for configurations smaller than one gigabyte.
 */
typedef int uds_memory_config_size_t;

enum {
 /* The maximum configurable amount of memory */
 UDS_MEMORY_CONFIG_MAX = 1024,
 /* Flag indicating that the index has one less chapter than usual */
 UDS_MEMORY_CONFIG_REDUCED = 0x1000,
 UDS_MEMORY_CONFIG_REDUCED_MAX = 1024 + UDS_MEMORY_CONFIG_REDUCED,
 /* Special values indicating sizes less than 1 GB */
 UDS_MEMORY_CONFIG_256MB = -256,
 UDS_MEMORY_CONFIG_512MB = -512,
 UDS_MEMORY_CONFIG_768MB = -768,
 UDS_MEMORY_CONFIG_REDUCED_256MB = -1280,
 UDS_MEMORY_CONFIG_REDUCED_512MB = -1536,
 UDS_MEMORY_CONFIG_REDUCED_768MB = -1792,
};

struct uds_record_name {
 unsigned char name[UDS_RECORD_NAME_SIZE];
};

struct uds_record_data {
 unsigned char data[UDS_RECORD_DATA_SIZE];
};

struct uds_volume_record {
 struct uds_record_name name;
 struct uds_record_data data;
};

struct uds_parameters {
 /* The block_device used for storage */
 struct block_device *bdev;
 /* The maximum allowable size of the index on storage */
 size_t size;
 /* The offset where the index should start */
 off_t offset;
 /* The maximum memory allocation, in GB */
 uds_memory_config_size_t memory_size;
 /* Whether the index should include sparse chapters */
 bool sparse;
 /* A 64-bit nonce to validate the index */
 u64 nonce;
 /* The number of threads used to process index requests */
 unsigned int zone_count;
 /* The number of threads used to read volume pages */
 unsigned int read_threads;
};

/*
 * These statistics capture characteristics of the current index, including resource usage and
 * requests processed since the index was opened.
 */
struct uds_index_stats {
 /* The total number of records stored in the index */
 u64 entries_indexed;
 /* An estimate of the index's memory usage, in bytes */
 u64 memory_used;
 /* The number of collisions recorded in the volume index */
 u64 collisions;
 /* The number of entries discarded from the index since startup */
 u64 entries_discarded;
 /* The time at which these statistics were fetched */
 s64 current_time;
 /* The number of post calls that found an existing entry */
 u64 posts_found;
 /* The number of post calls that added an entry */
 u64 posts_not_found;
 /*
 * The number of post calls that found an existing entry that is current enough to only
 * exist in memory and not have been committed to disk yet
 */
 u64 in_memory_posts_found;
 /*
 * The number of post calls that found an existing entry in the dense portion of the index
 */
 u64 dense_posts_found;
 /*
 * The number of post calls that found an existing entry in the sparse portion of the index
 */
 u64 sparse_posts_found;
 /* The number of update calls that updated an existing entry */
 u64 updates_found;
 /* The number of update calls that added a new entry */
 u64 updates_not_found;
 /* The number of delete requests that deleted an existing entry */
 u64 deletions_found;
 /* The number of delete requests that did nothing */
 u64 deletions_not_found;
 /* The number of query calls that found existing entry */
 u64 queries_found;
 /* The number of query calls that did not find an entry */
 u64 queries_not_found;
 /* The total number of requests processed */
 u64 requests;
};

enum uds_index_region {
 /* No location information has been determined */
 UDS_LOCATION_UNKNOWN = 0,
 /* The index page entry has been found */
 UDS_LOCATION_INDEX_PAGE_LOOKUP,
 /* The record page entry has been found */
 UDS_LOCATION_RECORD_PAGE_LOOKUP,
 /* The record is not in the index */
 UDS_LOCATION_UNAVAILABLE,
 /* The record was found in the open chapter */
 UDS_LOCATION_IN_OPEN_CHAPTER,
 /* The record was found in the dense part of the index */
 UDS_LOCATION_IN_DENSE,
 /* The record was found in the sparse part of the index */
 UDS_LOCATION_IN_SPARSE,
} __packed;

/* Zone message requests are used to communicate between index zones. */
enum uds_zone_message_type {
 /* A standard request with no message */
 UDS_MESSAGE_NONE = 0,
 /* Add a chapter to the sparse chapter index cache */
 UDS_MESSAGE_SPARSE_CACHE_BARRIER,
 /* Close a chapter to keep the zone from falling behind */
 UDS_MESSAGE_ANNOUNCE_CHAPTER_CLOSED,
} __packed;

struct uds_zone_message {
 /* The type of message, determining how it will be processed */
 enum uds_zone_message_type type;
 /* The virtual chapter number to which the message applies */
 u64 virtual_chapter;
} __packed;

struct uds_index_session;
struct uds_index;
struct uds_request;

/* Once this callback has been invoked, the uds_request structure can be reused or freed. */
typedef void (*uds_request_callback_fn)(struct uds_request *request);

struct uds_request {
 /* These input fields must be set before launching a request. */

 /* The name of the record to look up or create */
 struct uds_record_name record_name;
 /* New data to associate with the record name, if applicable */
 struct uds_record_data new_metadata;
 /* A callback to invoke when the request is complete */
 uds_request_callback_fn callback;
 /* The index session that will manage this request */
 struct uds_index_session *session;
 /* The type of operation to perform, as describe above */
 enum uds_request_type type;

 /* These output fields are set when a request is complete. */

 /* The existing data associated with the request name, if any */
 struct uds_record_data old_metadata;
 /* True if the record name had an existing entry in the index */
 bool found;
 /* Either UDS_SUCCESS or an error code for the request */
 int status;

 /* The remaining fields are used internally and should not be altered by clients. */
 struct_group(internal,
       /* The virtual chapter containing the record name, if known */
       u64 virtual_chapter;
       /* The region of the index containing the record name */
       enum uds_index_region location;
       /* If true, process request immediately by waking the worker thread */
       bool unbatched;
       /* If true, continue this request before processing newer requests */
       bool requeued;
       /* Control message for coordinating between zones */
       struct uds_zone_message zone_message;
       /* The number of the zone which will process this request*/
       unsigned int zone_number;
       /* A link for adding a request to a lock-free queue */
       struct funnel_queue_entry queue_link;
       /* A link for adding a request to a standard linked list */
       struct uds_request *next_request;
       /* A pointer to the index processing this request */
       struct uds_index *index;
       );
};

/* A session is required for most index operations. */
int __must_check uds_create_index_session(struct uds_index_session **session);

/* Destroying an index session also closes and saves the associated index. */
int uds_destroy_index_session(struct uds_index_session *session);

/*
 * Create or open an index with an existing session. This operation fails if the index session is
 * suspended, or if there is already an open index.
 */
int __must_check uds_open_index(enum uds_open_index_type open_type,
    const struct uds_parameters *parameters,
    struct uds_index_session *session);

/*
 * Wait until all callbacks for index operations are complete, and prevent new index operations
 * from starting. New index operations will fail with EBUSY until the session is resumed. Also
 * optionally saves the index.
 */
int __must_check uds_suspend_index_session(struct uds_index_session *session, bool save);

/*
 * Allow new index operations for an index, whether it was suspended or not. If the index is
 * suspended and the supplied block device differs from the current backing store, the index will
 * start using the new backing store instead.
 */
int __must_check uds_resume_index_session(struct uds_index_session *session,
       struct block_device *bdev);

/* Wait until all outstanding index operations are complete. */
int __must_check uds_flush_index_session(struct uds_index_session *session);

/* Close an index. This operation fails if the index session is suspended. */
int __must_check uds_close_index(struct uds_index_session *session);

/* Get index statistics since the last time the index was opened. */
int __must_check uds_get_index_session_stats(struct uds_index_session *session,
          struct uds_index_stats *stats);

/* This function will fail if any required field of the request is not set. */
int __must_check uds_launch_request(struct uds_request *request);

struct cond_var {
 wait_queue_head_t wait_queue;
};

static inline void uds_init_cond(struct cond_var *cv)
{
 init_waitqueue_head(&cv->wait_queue);
}

static inline void uds_signal_cond(struct cond_var *cv)
{
 wake_up(&cv->wait_queue);
}

static inline void uds_broadcast_cond(struct cond_var *cv)
{
 wake_up_all(&cv->wait_queue);
}

void uds_wait_cond(struct cond_var *cv, struct mutex *mutex);

#endif /* INDEXER_H */