Merge tag 'nfs-for-4.9-1' of git://git.linux-nfs.org/projects/anna/linux-nfs
[cascardo/linux.git] / net / sunrpc / xprtrdma / xprt_rdma.h
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38  */
39
40 #ifndef _LINUX_SUNRPC_XPRT_RDMA_H
41 #define _LINUX_SUNRPC_XPRT_RDMA_H
42
43 #include <linux/wait.h>                 /* wait_queue_head_t, etc */
44 #include <linux/spinlock.h>             /* spinlock_t, etc */
45 #include <linux/atomic.h>                       /* atomic_t, etc */
46 #include <linux/workqueue.h>            /* struct work_struct */
47
48 #include <rdma/rdma_cm.h>               /* RDMA connection api */
49 #include <rdma/ib_verbs.h>              /* RDMA verbs api */
50
51 #include <linux/sunrpc/clnt.h>          /* rpc_xprt */
52 #include <linux/sunrpc/rpc_rdma.h>      /* RPC/RDMA protocol */
53 #include <linux/sunrpc/xprtrdma.h>      /* xprt parameters */
54
55 #define RDMA_RESOLVE_TIMEOUT    (5000)  /* 5 seconds */
56 #define RDMA_CONNECT_RETRY_MAX  (2)     /* retries if no listener backlog */
57
58 #define RPCRDMA_BIND_TO         (60U * HZ)
59 #define RPCRDMA_INIT_REEST_TO   (5U * HZ)
60 #define RPCRDMA_MAX_REEST_TO    (30U * HZ)
61 #define RPCRDMA_IDLE_DISC_TO    (5U * 60 * HZ)
62
63 /*
64  * Interface Adapter -- one per transport instance
65  */
66 struct rpcrdma_ia {
67         const struct rpcrdma_memreg_ops *ri_ops;
68         struct ib_device        *ri_device;
69         struct rdma_cm_id       *ri_id;
70         struct ib_pd            *ri_pd;
71         struct completion       ri_done;
72         int                     ri_async_rc;
73         unsigned int            ri_max_segs;
74         unsigned int            ri_max_frmr_depth;
75         unsigned int            ri_max_inline_write;
76         unsigned int            ri_max_inline_read;
77         bool                    ri_reminv_expected;
78         struct ib_qp_attr       ri_qp_attr;
79         struct ib_qp_init_attr  ri_qp_init_attr;
80 };
81
82 /*
83  * RDMA Endpoint -- one per transport instance
84  */
85
86 struct rpcrdma_ep {
87         atomic_t                rep_cqcount;
88         int                     rep_cqinit;
89         int                     rep_connected;
90         struct ib_qp_init_attr  rep_attr;
91         wait_queue_head_t       rep_connect_wait;
92         struct rpcrdma_connect_private  rep_cm_private;
93         struct rdma_conn_param  rep_remote_cma;
94         struct sockaddr_storage rep_remote_addr;
95         struct delayed_work     rep_connect_worker;
96 };
97
98 #define INIT_CQCOUNT(ep) atomic_set(&(ep)->rep_cqcount, (ep)->rep_cqinit)
99 #define DECR_CQCOUNT(ep) atomic_sub_return(1, &(ep)->rep_cqcount)
100
101 /* Pre-allocate extra Work Requests for handling backward receives
102  * and sends. This is a fixed value because the Work Queues are
103  * allocated when the forward channel is set up.
104  */
105 #if defined(CONFIG_SUNRPC_BACKCHANNEL)
106 #define RPCRDMA_BACKWARD_WRS            (8)
107 #else
108 #define RPCRDMA_BACKWARD_WRS            (0)
109 #endif
110
111 /* Registered buffer -- registered kmalloc'd memory for RDMA SEND/RECV
112  *
113  * The below structure appears at the front of a large region of kmalloc'd
114  * memory, which always starts on a good alignment boundary.
115  */
116
117 struct rpcrdma_regbuf {
118         struct ib_sge           rg_iov;
119         struct ib_device        *rg_device;
120         enum dma_data_direction rg_direction;
121         __be32                  rg_base[0] __attribute__ ((aligned(256)));
122 };
123
124 static inline u64
125 rdmab_addr(struct rpcrdma_regbuf *rb)
126 {
127         return rb->rg_iov.addr;
128 }
129
130 static inline u32
131 rdmab_length(struct rpcrdma_regbuf *rb)
132 {
133         return rb->rg_iov.length;
134 }
135
136 static inline u32
137 rdmab_lkey(struct rpcrdma_regbuf *rb)
138 {
139         return rb->rg_iov.lkey;
140 }
141
142 static inline struct rpcrdma_msg *
143 rdmab_to_msg(struct rpcrdma_regbuf *rb)
144 {
145         return (struct rpcrdma_msg *)rb->rg_base;
146 }
147
148 #define RPCRDMA_DEF_GFP         (GFP_NOIO | __GFP_NOWARN)
149
150 /* To ensure a transport can always make forward progress,
151  * the number of RDMA segments allowed in header chunk lists
152  * is capped at 8. This prevents less-capable devices and
153  * memory registrations from overrunning the Send buffer
154  * while building chunk lists.
155  *
156  * Elements of the Read list take up more room than the
157  * Write list or Reply chunk. 8 read segments means the Read
158  * list (or Write list or Reply chunk) cannot consume more
159  * than
160  *
161  * ((8 + 2) * read segment size) + 1 XDR words, or 244 bytes.
162  *
163  * And the fixed part of the header is another 24 bytes.
164  *
165  * The smallest inline threshold is 1024 bytes, ensuring that
166  * at least 750 bytes are available for RPC messages.
167  */
168 enum {
169         RPCRDMA_MAX_HDR_SEGS = 8,
170         RPCRDMA_HDRBUF_SIZE = 256,
171 };
172
173 /*
174  * struct rpcrdma_rep -- this structure encapsulates state required to recv
175  * and complete a reply, asychronously. It needs several pieces of
176  * state:
177  *   o recv buffer (posted to provider)
178  *   o ib_sge (also donated to provider)
179  *   o status of reply (length, success or not)
180  *   o bookkeeping state to get run by reply handler (list, etc)
181  *
182  * These are allocated during initialization, per-transport instance.
183  *
184  * N of these are associated with a transport instance, and stored in
185  * struct rpcrdma_buffer. N is the max number of outstanding requests.
186  */
187
188 struct rpcrdma_rep {
189         struct ib_cqe           rr_cqe;
190         unsigned int            rr_len;
191         int                     rr_wc_flags;
192         u32                     rr_inv_rkey;
193         struct ib_device        *rr_device;
194         struct rpcrdma_xprt     *rr_rxprt;
195         struct work_struct      rr_work;
196         struct list_head        rr_list;
197         struct ib_recv_wr       rr_recv_wr;
198         struct rpcrdma_regbuf   *rr_rdmabuf;
199 };
200
201 #define RPCRDMA_BAD_LEN         (~0U)
202
203 /*
204  * struct rpcrdma_mw - external memory region metadata
205  *
206  * An external memory region is any buffer or page that is registered
207  * on the fly (ie, not pre-registered).
208  *
209  * Each rpcrdma_buffer has a list of free MWs anchored in rb_mws. During
210  * call_allocate, rpcrdma_buffer_get() assigns one to each segment in
211  * an rpcrdma_req. Then rpcrdma_register_external() grabs these to keep
212  * track of registration metadata while each RPC is pending.
213  * rpcrdma_deregister_external() uses this metadata to unmap and
214  * release these resources when an RPC is complete.
215  */
216 enum rpcrdma_frmr_state {
217         FRMR_IS_INVALID,        /* ready to be used */
218         FRMR_IS_VALID,          /* in use */
219         FRMR_IS_STALE,          /* failed completion */
220 };
221
222 struct rpcrdma_frmr {
223         struct ib_mr                    *fr_mr;
224         struct ib_cqe                   fr_cqe;
225         enum rpcrdma_frmr_state         fr_state;
226         struct completion               fr_linv_done;
227         union {
228                 struct ib_reg_wr        fr_regwr;
229                 struct ib_send_wr       fr_invwr;
230         };
231 };
232
233 struct rpcrdma_fmr {
234         struct ib_fmr           *fm_mr;
235         u64                     *fm_physaddrs;
236 };
237
238 struct rpcrdma_mw {
239         struct list_head        mw_list;
240         struct scatterlist      *mw_sg;
241         int                     mw_nents;
242         enum dma_data_direction mw_dir;
243         union {
244                 struct rpcrdma_fmr      fmr;
245                 struct rpcrdma_frmr     frmr;
246         };
247         struct rpcrdma_xprt     *mw_xprt;
248         u32                     mw_handle;
249         u32                     mw_length;
250         u64                     mw_offset;
251         struct list_head        mw_all;
252 };
253
254 /*
255  * struct rpcrdma_req -- structure central to the request/reply sequence.
256  *
257  * N of these are associated with a transport instance, and stored in
258  * struct rpcrdma_buffer. N is the max number of outstanding requests.
259  *
260  * It includes pre-registered buffer memory for send AND recv.
261  * The recv buffer, however, is not owned by this structure, and
262  * is "donated" to the hardware when a recv is posted. When a
263  * reply is handled, the recv buffer used is given back to the
264  * struct rpcrdma_req associated with the request.
265  *
266  * In addition to the basic memory, this structure includes an array
267  * of iovs for send operations. The reason is that the iovs passed to
268  * ib_post_{send,recv} must not be modified until the work request
269  * completes.
270  */
271
272 /* Maximum number of page-sized "segments" per chunk list to be
273  * registered or invalidated. Must handle a Reply chunk:
274  */
275 enum {
276         RPCRDMA_MAX_IOV_SEGS    = 3,
277         RPCRDMA_MAX_DATA_SEGS   = ((1 * 1024 * 1024) / PAGE_SIZE) + 1,
278         RPCRDMA_MAX_SEGS        = RPCRDMA_MAX_DATA_SEGS +
279                                   RPCRDMA_MAX_IOV_SEGS,
280 };
281
282 struct rpcrdma_mr_seg {         /* chunk descriptors */
283         u32             mr_len;         /* length of chunk or segment */
284         struct page     *mr_page;       /* owning page, if any */
285         char            *mr_offset;     /* kva if no page, else offset */
286 };
287
288 /* Reserve enough Send SGEs to send a maximum size inline request:
289  * - RPC-over-RDMA header
290  * - xdr_buf head iovec
291  * - RPCRDMA_MAX_INLINE bytes, possibly unaligned, in pages
292  * - xdr_buf tail iovec
293  */
294 enum {
295         RPCRDMA_MAX_SEND_PAGES = PAGE_SIZE + RPCRDMA_MAX_INLINE - 1,
296         RPCRDMA_MAX_PAGE_SGES = (RPCRDMA_MAX_SEND_PAGES >> PAGE_SHIFT) + 1,
297         RPCRDMA_MAX_SEND_SGES = 1 + 1 + RPCRDMA_MAX_PAGE_SGES + 1,
298 };
299
300 struct rpcrdma_buffer;
301 struct rpcrdma_req {
302         struct list_head        rl_free;
303         unsigned int            rl_mapped_sges;
304         unsigned int            rl_connect_cookie;
305         struct rpcrdma_buffer   *rl_buffer;
306         struct rpcrdma_rep      *rl_reply;
307         struct ib_send_wr       rl_send_wr;
308         struct ib_sge           rl_send_sge[RPCRDMA_MAX_SEND_SGES];
309         struct rpcrdma_regbuf   *rl_rdmabuf;    /* xprt header */
310         struct rpcrdma_regbuf   *rl_sendbuf;    /* rq_snd_buf */
311         struct rpcrdma_regbuf   *rl_recvbuf;    /* rq_rcv_buf */
312
313         struct ib_cqe           rl_cqe;
314         struct list_head        rl_all;
315         bool                    rl_backchannel;
316
317         struct list_head        rl_registered;  /* registered segments */
318         struct rpcrdma_mr_seg   rl_segments[RPCRDMA_MAX_SEGS];
319 };
320
321 static inline void
322 rpcrdma_set_xprtdata(struct rpc_rqst *rqst, struct rpcrdma_req *req)
323 {
324         rqst->rq_xprtdata = req;
325 }
326
327 static inline struct rpcrdma_req *
328 rpcr_to_rdmar(struct rpc_rqst *rqst)
329 {
330         return rqst->rq_xprtdata;
331 }
332
333 /*
334  * struct rpcrdma_buffer -- holds list/queue of pre-registered memory for
335  * inline requests/replies, and client/server credits.
336  *
337  * One of these is associated with a transport instance
338  */
339 struct rpcrdma_buffer {
340         spinlock_t              rb_mwlock;      /* protect rb_mws list */
341         struct list_head        rb_mws;
342         struct list_head        rb_all;
343         char                    *rb_pool;
344
345         spinlock_t              rb_lock;        /* protect buf lists */
346         int                     rb_send_count, rb_recv_count;
347         struct list_head        rb_send_bufs;
348         struct list_head        rb_recv_bufs;
349         u32                     rb_max_requests;
350         atomic_t                rb_credits;     /* most recent credit grant */
351
352         u32                     rb_bc_srv_max_requests;
353         spinlock_t              rb_reqslock;    /* protect rb_allreqs */
354         struct list_head        rb_allreqs;
355
356         u32                     rb_bc_max_requests;
357
358         spinlock_t              rb_recovery_lock; /* protect rb_stale_mrs */
359         struct list_head        rb_stale_mrs;
360         struct delayed_work     rb_recovery_worker;
361         struct delayed_work     rb_refresh_worker;
362 };
363 #define rdmab_to_ia(b) (&container_of((b), struct rpcrdma_xprt, rx_buf)->rx_ia)
364
365 /*
366  * Internal structure for transport instance creation. This
367  * exists primarily for modularity.
368  *
369  * This data should be set with mount options
370  */
371 struct rpcrdma_create_data_internal {
372         struct sockaddr_storage addr;   /* RDMA server address */
373         unsigned int    max_requests;   /* max requests (slots) in flight */
374         unsigned int    rsize;          /* mount rsize - max read hdr+data */
375         unsigned int    wsize;          /* mount wsize - max write hdr+data */
376         unsigned int    inline_rsize;   /* max non-rdma read data payload */
377         unsigned int    inline_wsize;   /* max non-rdma write data payload */
378         unsigned int    padding;        /* non-rdma write header padding */
379 };
380
381 /*
382  * Statistics for RPCRDMA
383  */
384 struct rpcrdma_stats {
385         unsigned long           read_chunk_count;
386         unsigned long           write_chunk_count;
387         unsigned long           reply_chunk_count;
388
389         unsigned long long      total_rdma_request;
390         unsigned long long      total_rdma_reply;
391
392         unsigned long long      pullup_copy_count;
393         unsigned long long      fixup_copy_count;
394         unsigned long           hardway_register_count;
395         unsigned long           failed_marshal_count;
396         unsigned long           bad_reply_count;
397         unsigned long           nomsg_call_count;
398         unsigned long           bcall_count;
399         unsigned long           mrs_recovered;
400         unsigned long           mrs_orphaned;
401         unsigned long           mrs_allocated;
402         unsigned long           local_inv_needed;
403 };
404
405 /*
406  * Per-registration mode operations
407  */
408 struct rpcrdma_xprt;
409 struct rpcrdma_memreg_ops {
410         int             (*ro_map)(struct rpcrdma_xprt *,
411                                   struct rpcrdma_mr_seg *, int, bool,
412                                   struct rpcrdma_mw **);
413         void            (*ro_unmap_sync)(struct rpcrdma_xprt *,
414                                          struct rpcrdma_req *);
415         void            (*ro_unmap_safe)(struct rpcrdma_xprt *,
416                                          struct rpcrdma_req *, bool);
417         void            (*ro_recover_mr)(struct rpcrdma_mw *);
418         int             (*ro_open)(struct rpcrdma_ia *,
419                                    struct rpcrdma_ep *,
420                                    struct rpcrdma_create_data_internal *);
421         size_t          (*ro_maxpages)(struct rpcrdma_xprt *);
422         int             (*ro_init_mr)(struct rpcrdma_ia *,
423                                       struct rpcrdma_mw *);
424         void            (*ro_release_mr)(struct rpcrdma_mw *);
425         const char      *ro_displayname;
426         const int       ro_send_w_inv_ok;
427 };
428
429 extern const struct rpcrdma_memreg_ops rpcrdma_fmr_memreg_ops;
430 extern const struct rpcrdma_memreg_ops rpcrdma_frwr_memreg_ops;
431
432 /*
433  * RPCRDMA transport -- encapsulates the structures above for
434  * integration with RPC.
435  *
436  * The contained structures are embedded, not pointers,
437  * for convenience. This structure need not be visible externally.
438  *
439  * It is allocated and initialized during mount, and released
440  * during unmount.
441  */
442 struct rpcrdma_xprt {
443         struct rpc_xprt         rx_xprt;
444         struct rpcrdma_ia       rx_ia;
445         struct rpcrdma_ep       rx_ep;
446         struct rpcrdma_buffer   rx_buf;
447         struct rpcrdma_create_data_internal rx_data;
448         struct delayed_work     rx_connect_worker;
449         struct rpcrdma_stats    rx_stats;
450 };
451
452 #define rpcx_to_rdmax(x) container_of(x, struct rpcrdma_xprt, rx_xprt)
453 #define rpcx_to_rdmad(x) (rpcx_to_rdmax(x)->rx_data)
454
455 /* Setting this to 0 ensures interoperability with early servers.
456  * Setting this to 1 enhances certain unaligned read/write performance.
457  * Default is 0, see sysctl entry and rpc_rdma.c rpcrdma_convert_iovs() */
458 extern int xprt_rdma_pad_optimize;
459
460 /*
461  * Interface Adapter calls - xprtrdma/verbs.c
462  */
463 int rpcrdma_ia_open(struct rpcrdma_xprt *, struct sockaddr *, int);
464 void rpcrdma_ia_close(struct rpcrdma_ia *);
465 bool frwr_is_supported(struct rpcrdma_ia *);
466 bool fmr_is_supported(struct rpcrdma_ia *);
467
468 /*
469  * Endpoint calls - xprtrdma/verbs.c
470  */
471 int rpcrdma_ep_create(struct rpcrdma_ep *, struct rpcrdma_ia *,
472                                 struct rpcrdma_create_data_internal *);
473 void rpcrdma_ep_destroy(struct rpcrdma_ep *, struct rpcrdma_ia *);
474 int rpcrdma_ep_connect(struct rpcrdma_ep *, struct rpcrdma_ia *);
475 void rpcrdma_ep_disconnect(struct rpcrdma_ep *, struct rpcrdma_ia *);
476
477 int rpcrdma_ep_post(struct rpcrdma_ia *, struct rpcrdma_ep *,
478                                 struct rpcrdma_req *);
479 int rpcrdma_ep_post_recv(struct rpcrdma_ia *, struct rpcrdma_rep *);
480
481 /*
482  * Buffer calls - xprtrdma/verbs.c
483  */
484 struct rpcrdma_req *rpcrdma_create_req(struct rpcrdma_xprt *);
485 struct rpcrdma_rep *rpcrdma_create_rep(struct rpcrdma_xprt *);
486 void rpcrdma_destroy_req(struct rpcrdma_req *);
487 int rpcrdma_buffer_create(struct rpcrdma_xprt *);
488 void rpcrdma_buffer_destroy(struct rpcrdma_buffer *);
489
490 struct rpcrdma_mw *rpcrdma_get_mw(struct rpcrdma_xprt *);
491 void rpcrdma_put_mw(struct rpcrdma_xprt *, struct rpcrdma_mw *);
492 struct rpcrdma_req *rpcrdma_buffer_get(struct rpcrdma_buffer *);
493 void rpcrdma_buffer_put(struct rpcrdma_req *);
494 void rpcrdma_recv_buffer_get(struct rpcrdma_req *);
495 void rpcrdma_recv_buffer_put(struct rpcrdma_rep *);
496
497 void rpcrdma_defer_mr_recovery(struct rpcrdma_mw *);
498
499 struct rpcrdma_regbuf *rpcrdma_alloc_regbuf(size_t, enum dma_data_direction,
500                                             gfp_t);
501 bool __rpcrdma_dma_map_regbuf(struct rpcrdma_ia *, struct rpcrdma_regbuf *);
502 void rpcrdma_free_regbuf(struct rpcrdma_regbuf *);
503
504 static inline bool
505 rpcrdma_regbuf_is_mapped(struct rpcrdma_regbuf *rb)
506 {
507         return rb->rg_device != NULL;
508 }
509
510 static inline bool
511 rpcrdma_dma_map_regbuf(struct rpcrdma_ia *ia, struct rpcrdma_regbuf *rb)
512 {
513         if (likely(rpcrdma_regbuf_is_mapped(rb)))
514                 return true;
515         return __rpcrdma_dma_map_regbuf(ia, rb);
516 }
517
518 int rpcrdma_ep_post_extra_recv(struct rpcrdma_xprt *, unsigned int);
519
520 int rpcrdma_alloc_wq(void);
521 void rpcrdma_destroy_wq(void);
522
523 /*
524  * Wrappers for chunk registration, shared by read/write chunk code.
525  */
526
527 static inline enum dma_data_direction
528 rpcrdma_data_dir(bool writing)
529 {
530         return writing ? DMA_FROM_DEVICE : DMA_TO_DEVICE;
531 }
532
533 /*
534  * RPC/RDMA connection management calls - xprtrdma/rpc_rdma.c
535  */
536 void rpcrdma_connect_worker(struct work_struct *);
537 void rpcrdma_conn_func(struct rpcrdma_ep *);
538 void rpcrdma_reply_handler(struct work_struct *);
539
540 /*
541  * RPC/RDMA protocol calls - xprtrdma/rpc_rdma.c
542  */
543
544 enum rpcrdma_chunktype {
545         rpcrdma_noch = 0,
546         rpcrdma_readch,
547         rpcrdma_areadch,
548         rpcrdma_writech,
549         rpcrdma_replych
550 };
551
552 bool rpcrdma_prepare_send_sges(struct rpcrdma_ia *, struct rpcrdma_req *,
553                                u32, struct xdr_buf *, enum rpcrdma_chunktype);
554 void rpcrdma_unmap_sges(struct rpcrdma_ia *, struct rpcrdma_req *);
555 int rpcrdma_marshal_req(struct rpc_rqst *);
556 void rpcrdma_set_max_header_sizes(struct rpcrdma_xprt *);
557
558 /* RPC/RDMA module init - xprtrdma/transport.c
559  */
560 extern unsigned int xprt_rdma_max_inline_read;
561 void xprt_rdma_format_addresses(struct rpc_xprt *xprt, struct sockaddr *sap);
562 void xprt_rdma_free_addresses(struct rpc_xprt *xprt);
563 void xprt_rdma_print_stats(struct rpc_xprt *xprt, struct seq_file *seq);
564 int xprt_rdma_init(void);
565 void xprt_rdma_cleanup(void);
566
567 /* Backchannel calls - xprtrdma/backchannel.c
568  */
569 #if defined(CONFIG_SUNRPC_BACKCHANNEL)
570 int xprt_rdma_bc_setup(struct rpc_xprt *, unsigned int);
571 int xprt_rdma_bc_up(struct svc_serv *, struct net *);
572 size_t xprt_rdma_bc_maxpayload(struct rpc_xprt *);
573 int rpcrdma_bc_post_recv(struct rpcrdma_xprt *, unsigned int);
574 void rpcrdma_bc_receive_call(struct rpcrdma_xprt *, struct rpcrdma_rep *);
575 int rpcrdma_bc_marshal_reply(struct rpc_rqst *);
576 void xprt_rdma_bc_free_rqst(struct rpc_rqst *);
577 void xprt_rdma_bc_destroy(struct rpc_xprt *, unsigned int);
578 #endif  /* CONFIG_SUNRPC_BACKCHANNEL */
579
580 extern struct xprt_class xprt_rdma_bc;
581
582 #endif                          /* _LINUX_SUNRPC_XPRT_RDMA_H */