sys/dev/nvme/nvme_ns.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (C) 2012-2013 Intel Corporation
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  12  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  14  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  15  *
  16  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  17  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  18  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  19  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  20  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  21  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  22  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  23  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  24  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  25  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  26  * SUCH DAMAGE.
  27  */
  28
  29 #include <sys/cdefs.h>
  30 __FBSDID("$FreeBSD$");
  31
  32 #include <sys/param.h>
  33 #include <sys/bio.h>
  34 #include <sys/bus.h>
  35 #include <sys/conf.h>
  36 #include <sys/disk.h>
  37 #include <sys/fcntl.h>
  38 #include <sys/ioccom.h>
  39 #include <sys/malloc.h>
  40 #include <sys/module.h>
  41 #include <sys/proc.h>
  42 #include <sys/systm.h>
  43
  44 #include <dev/pci/pcivar.h>
  45
  46 #include <geom/geom.h>
  47
  48 #include "nvme_private.h"
  49
  50 static void             nvme_bio_child_inbed(struct bio *parent, int bio_error);
  51 static void             nvme_bio_child_done(void *arg,
  52                                             const struct nvme_completion *cpl);
  53 static uint32_t         nvme_get_num_segments(uint64_t addr, uint64_t size,
  54                                               uint32_t alignment);
  55 static void             nvme_free_child_bios(int num_bios,
  56                                              struct bio **child_bios);
  57 static struct bio **    nvme_allocate_child_bios(int num_bios);
  58 static struct bio **    nvme_construct_child_bios(struct bio *bp,
  59                                                   uint32_t alignment,
  60                                                   int *num_bios);
  61 static int              nvme_ns_split_bio(struct nvme_namespace *ns,
  62                                           struct bio *bp,
  63                                           uint32_t alignment);
  64
  65 static int
  66 nvme_ns_ioctl(struct cdev *cdev, u_long cmd, caddr_t arg, int flag,
  67     struct thread *td)
  68 {
  69         struct nvme_namespace                   *ns;
  70         struct nvme_controller                  *ctrlr;
  71         struct nvme_pt_command                  *pt;
  72
  73         ns = cdev->si_drv1;
  74         ctrlr = ns->ctrlr;
  75
  76         switch (cmd) {
  77         case NVME_IO_TEST:
  78         case NVME_BIO_TEST:
  79                 nvme_ns_test(ns, cmd, arg);
  80                 break;
  81         case NVME_PASSTHROUGH_CMD:
  82                 pt = (struct nvme_pt_command *)arg;
  83                 return (nvme_ctrlr_passthrough_cmd(ctrlr, pt, ns->id,
  84                     1 /* is_user_buffer */, 0 /* is_admin_cmd */));
  85         case DIOCGMEDIASIZE:
  86                 *(off_t *)arg = (off_t)nvme_ns_get_size(ns);
  87                 break;
  88         case DIOCGSECTORSIZE:
  89                 *(u_int *)arg = nvme_ns_get_sector_size(ns);
  90                 break;
  91         default:
  92                 return (ENOTTY);
  93         }
  94
  95         return (0);
  96 }
  97
  98 static int
  99 nvme_ns_open(struct cdev *dev __unused, int flags, int fmt __unused,
 100     struct thread *td)
 101 {
 102         int error = 0;
 103
 104         if (flags & FWRITE)
 105                 error = securelevel_gt(td->td_ucred, 0);
 106
 107         return (error);
 108 }
 109
 110 static int
 111 nvme_ns_close(struct cdev *dev __unused, int flags, int fmt __unused,
 112     struct thread *td)
 113 {
 114
 115         return (0);
 116 }
 117
 118 static void
 119 nvme_ns_strategy_done(void *arg, const struct nvme_completion *cpl)
 120 {
 121         struct bio *bp = arg;
 122
 123         /*
 124          * TODO: add more extensive translation of NVMe status codes
 125          *  to different bio error codes (i.e. EIO, EINVAL, etc.)
 126          */
 127         if (nvme_completion_is_error(cpl)) {
 128                 bp->bio_error = EIO;
 129                 bp->bio_flags |= BIO_ERROR;
 130                 bp->bio_resid = bp->bio_bcount;
 131         } else
 132                 bp->bio_resid = 0;
 133
 134         biodone(bp);
 135 }
 136
 137 static void
 138 nvme_ns_strategy(struct bio *bp)
 139 {
 140         struct nvme_namespace   *ns;
 141         int                     err;
 142
 143         ns = bp->bio_dev->si_drv1;
 144         err = nvme_ns_bio_process(ns, bp, nvme_ns_strategy_done);
 145
 146         if (err) {
 147                 bp->bio_error = err;
 148                 bp->bio_flags |= BIO_ERROR;
 149                 bp->bio_resid = bp->bio_bcount;
 150                 biodone(bp);
 151         }
 152
 153 }
 154
 155 static struct cdevsw nvme_ns_cdevsw = {
 156         .d_version =    D_VERSION,
 157         .d_flags =      D_DISK,
 158         .d_read =       physread,
 159         .d_write =      physwrite,
 160         .d_open =       nvme_ns_open,
 161         .d_close =      nvme_ns_close,
 162         .d_strategy =   nvme_ns_strategy,
 163         .d_ioctl =      nvme_ns_ioctl
 164 };
 165
 166 uint32_t
 167 nvme_ns_get_max_io_xfer_size(struct nvme_namespace *ns)
 168 {
 169         return ns->ctrlr->max_xfer_size;
 170 }
 171
 172 uint32_t
 173 nvme_ns_get_sector_size(struct nvme_namespace *ns)
 174 {
 175         uint8_t flbas_fmt, lbads;
 176
 177         flbas_fmt = (ns->data.flbas >> NVME_NS_DATA_FLBAS_FORMAT_SHIFT) &
 178                 NVME_NS_DATA_FLBAS_FORMAT_MASK;
 179         lbads = (ns->data.lbaf[flbas_fmt] >> NVME_NS_DATA_LBAF_LBADS_SHIFT) &
 180                 NVME_NS_DATA_LBAF_LBADS_MASK;
 181
 182         return (1 << lbads);
 183 }
 184
 185 uint64_t
 186 nvme_ns_get_num_sectors(struct nvme_namespace *ns)
 187 {
 188         return (ns->data.nsze);
 189 }
 190
 191 uint64_t
 192 nvme_ns_get_size(struct nvme_namespace *ns)
 193 {
 194         return (nvme_ns_get_num_sectors(ns) * nvme_ns_get_sector_size(ns));
 195 }
 196
 197 uint32_t
 198 nvme_ns_get_flags(struct nvme_namespace *ns)
 199 {
 200         return (ns->flags);
 201 }
 202
 203 const char *
 204 nvme_ns_get_serial_number(struct nvme_namespace *ns)
 205 {
 206         return ((const char *)ns->ctrlr->cdata.sn);
 207 }
 208
 209 const char *
 210 nvme_ns_get_model_number(struct nvme_namespace *ns)
 211 {
 212         return ((const char *)ns->ctrlr->cdata.mn);
 213 }
 214
 215 const struct nvme_namespace_data *
 216 nvme_ns_get_data(struct nvme_namespace *ns)
 217 {
 218
 219         return (&ns->data);
 220 }
 221
 222 uint32_t
 223 nvme_ns_get_stripesize(struct nvme_namespace *ns)
 224 {
 225
 226         return (ns->stripesize);
 227 }
 228
 229 static void
 230 nvme_ns_bio_done(void *arg, const struct nvme_completion *status)
 231 {
 232         struct bio      *bp = arg;
 233         nvme_cb_fn_t    bp_cb_fn;
 234
 235         bp_cb_fn = bp->bio_driver1;
 236
 237         if (bp->bio_driver2)
 238                 free(bp->bio_driver2, M_NVME);
 239
 240         if (nvme_completion_is_error(status)) {
 241                 bp->bio_flags |= BIO_ERROR;
 242                 if (bp->bio_error == 0)
 243                         bp->bio_error = EIO;
 244         }
 245
 246         if ((bp->bio_flags & BIO_ERROR) == 0)
 247                 bp->bio_resid = 0;
 248         else
 249                 bp->bio_resid = bp->bio_bcount;
 250
 251         bp_cb_fn(bp, status);
 252 }
 253
 254 static void
 255 nvme_bio_child_inbed(struct bio *parent, int bio_error)
 256 {
 257         struct nvme_completion  parent_cpl;
 258         int                     children, inbed;
 259
 260         if (bio_error != 0) {
 261                 parent->bio_flags |= BIO_ERROR;
 262                 parent->bio_error = bio_error;
 263         }
 264
 265         /*
 266          * atomic_fetchadd will return value before adding 1, so we still
 267          *  must add 1 to get the updated inbed number.  Save bio_children
 268          *  before incrementing to guard against race conditions when
 269          *  two children bios complete on different queues.
 270          */
 271         children = atomic_load_acq_int(&parent->bio_children);
 272         inbed = atomic_fetchadd_int(&parent->bio_inbed, 1) + 1;
 273         if (inbed == children) {
 274                 bzero(&parent_cpl, sizeof(parent_cpl));
 275                 if (parent->bio_flags & BIO_ERROR) {
 276                         parent_cpl.status &= ~(NVME_STATUS_SC_MASK << NVME_STATUS_SC_SHIFT);
 277                         parent_cpl.status |= (NVME_SC_DATA_TRANSFER_ERROR) << NVME_STATUS_SC_SHIFT;
 278                 }
 279                 nvme_ns_bio_done(parent, &parent_cpl);
 280         }
 281 }
 282
 283 static void
 284 nvme_bio_child_done(void *arg, const struct nvme_completion *cpl)
 285 {
 286         struct bio              *child = arg;
 287         struct bio              *parent;
 288         int                     bio_error;
 289
 290         parent = child->bio_parent;
 291         g_destroy_bio(child);
 292         bio_error = nvme_completion_is_error(cpl) ? EIO : 0;
 293         nvme_bio_child_inbed(parent, bio_error);
 294 }
 295
 296 static uint32_t
 297 nvme_get_num_segments(uint64_t addr, uint64_t size, uint32_t align)
 298 {
 299         uint32_t        num_segs, offset, remainder;
 300
 301         if (align == 0)
 302                 return (1);
 303
 304         KASSERT((align & (align - 1)) == 0, ("alignment not power of 2\n"));
 305
 306         num_segs = size / align;
 307         remainder = size & (align - 1);
 308         offset = addr & (align - 1);
 309         if (remainder > 0 || offset > 0)
 310                 num_segs += 1 + (remainder + offset - 1) / align;
 311         return (num_segs);
 312 }
 313
 314 static void
 315 nvme_free_child_bios(int num_bios, struct bio **child_bios)
 316 {
 317         int i;
 318
 319         for (i = 0; i < num_bios; i++) {
 320                 if (child_bios[i] != NULL)
 321                         g_destroy_bio(child_bios[i]);
 322         }
 323
 324         free(child_bios, M_NVME);
 325 }
 326
 327 static struct bio **
 328 nvme_allocate_child_bios(int num_bios)
 329 {
 330         struct bio **child_bios;
 331         int err = 0, i;
 332
 333         child_bios = malloc(num_bios * sizeof(struct bio *), M_NVME, M_NOWAIT);
 334         if (child_bios == NULL)
 335                 return (NULL);
 336
 337         for (i = 0; i < num_bios; i++) {
 338                 child_bios[i] = g_new_bio();
 339                 if (child_bios[i] == NULL)
 340                         err = ENOMEM;
 341         }
 342
 343         if (err == ENOMEM) {
 344                 nvme_free_child_bios(num_bios, child_bios);
 345                 return (NULL);
 346         }
 347
 348         return (child_bios);
 349 }
 350
 351 static struct bio **
 352 nvme_construct_child_bios(struct bio *bp, uint32_t alignment, int *num_bios)
 353 {
 354         struct bio      **child_bios;
 355         struct bio      *child;
 356         uint64_t        cur_offset;
 357         caddr_t         data;
 358         uint32_t        rem_bcount;
 359         int             i;
 360         struct vm_page  **ma;
 361         uint32_t        ma_offset;
 362
 363         *num_bios = nvme_get_num_segments(bp->bio_offset, bp->bio_bcount,
 364             alignment);
 365         child_bios = nvme_allocate_child_bios(*num_bios);
 366         if (child_bios == NULL)
 367                 return (NULL);
 368
 369         bp->bio_children = *num_bios;
 370         bp->bio_inbed = 0;
 371         cur_offset = bp->bio_offset;
 372         rem_bcount = bp->bio_bcount;
 373         data = bp->bio_data;
 374         ma_offset = bp->bio_ma_offset;
 375         ma = bp->bio_ma;
 376
 377         for (i = 0; i < *num_bios; i++) {
 378                 child = child_bios[i];
 379                 child->bio_parent = bp;
 380                 child->bio_cmd = bp->bio_cmd;
 381                 child->bio_offset = cur_offset;
 382                 child->bio_bcount = min(rem_bcount,
 383                     alignment - (cur_offset & (alignment - 1)));
 384                 child->bio_flags = bp->bio_flags;
 385                 if (bp->bio_flags & BIO_UNMAPPED) {
 386                         child->bio_ma_offset = ma_offset;
 387                         child->bio_ma = ma;
 388                         child->bio_ma_n =
 389                             nvme_get_num_segments(child->bio_ma_offset,
 390                                 child->bio_bcount, PAGE_SIZE);
 391                         ma_offset = (ma_offset + child->bio_bcount) &
 392                             PAGE_MASK;
 393                         ma += child->bio_ma_n;
 394                         if (ma_offset != 0)
 395                                 ma -= 1;
 396                 } else {
 397                         child->bio_data = data;
 398                         data += child->bio_bcount;
 399                 }
 400                 cur_offset += child->bio_bcount;
 401                 rem_bcount -= child->bio_bcount;
 402         }
 403
 404         return (child_bios);
 405 }
 406
 407 static int
 408 nvme_ns_split_bio(struct nvme_namespace *ns, struct bio *bp,
 409     uint32_t alignment)
 410 {
 411         struct bio      *child;
 412         struct bio      **child_bios;
 413         int             err, i, num_bios;
 414
 415         child_bios = nvme_construct_child_bios(bp, alignment, &num_bios);
 416         if (child_bios == NULL)
 417                 return (ENOMEM);
 418
 419         for (i = 0; i < num_bios; i++) {
 420                 child = child_bios[i];
 421                 err = nvme_ns_bio_process(ns, child, nvme_bio_child_done);
 422                 if (err != 0) {
 423                         nvme_bio_child_inbed(bp, err);
 424                         g_destroy_bio(child);
 425                 }
 426         }
 427
 428         free(child_bios, M_NVME);
 429         return (0);
 430 }
 431
 432 int
 433 nvme_ns_bio_process(struct nvme_namespace *ns, struct bio *bp,
 434         nvme_cb_fn_t cb_fn)
 435 {
 436         struct nvme_dsm_range   *dsm_range;
 437         uint32_t                num_bios;
 438         int                     err;
 439
 440         bp->bio_driver1 = cb_fn;
 441
 442         if (ns->stripesize > 0 &&
 443             (bp->bio_cmd == BIO_READ || bp->bio_cmd == BIO_WRITE)) {
 444                 num_bios = nvme_get_num_segments(bp->bio_offset,
 445                     bp->bio_bcount, ns->stripesize);
 446                 if (num_bios > 1)
 447                         return (nvme_ns_split_bio(ns, bp, ns->stripesize));
 448         }
 449
 450         switch (bp->bio_cmd) {
 451         case BIO_READ:
 452                 err = nvme_ns_cmd_read_bio(ns, bp, nvme_ns_bio_done, bp);
 453                 break;
 454         case BIO_WRITE:
 455                 err = nvme_ns_cmd_write_bio(ns, bp, nvme_ns_bio_done, bp);
 456                 break;
 457         case BIO_FLUSH:
 458                 err = nvme_ns_cmd_flush(ns, nvme_ns_bio_done, bp);
 459                 break;
 460         case BIO_DELETE:
 461                 dsm_range =
 462                     malloc(sizeof(struct nvme_dsm_range), M_NVME,
 463                     M_ZERO | M_WAITOK);
 464                 if (!dsm_range) {
 465                         err = ENOMEM;
 466                         break;
 467                 }
 468                 dsm_range->length =
 469                     htole32(bp->bio_bcount/nvme_ns_get_sector_size(ns));
 470                 dsm_range->starting_lba =
 471                     htole64(bp->bio_offset/nvme_ns_get_sector_size(ns));
 472                 bp->bio_driver2 = dsm_range;
 473                 err = nvme_ns_cmd_deallocate(ns, dsm_range, 1,
 474                         nvme_ns_bio_done, bp);
 475                 if (err != 0)
 476                         free(dsm_range, M_NVME);
 477                 break;
 478         default:
 479                 err = EIO;
 480                 break;
 481         }
 482
 483         return (err);
 484 }
 485
 486 int
 487 nvme_ns_construct(struct nvme_namespace *ns, uint32_t id,
 488     struct nvme_controller *ctrlr)
 489 {
 490         struct make_dev_args                    md_args;
 491         struct nvme_completion_poll_status      status;
 492         int                                     res;
 493         int                                     unit;
 494         uint8_t                                 flbas_fmt;
 495         uint8_t                                 vwc_present;
 496
 497         ns->ctrlr = ctrlr;
 498         ns->id = id;
 499         ns->stripesize = 0;
 500
 501         /*
 502          * Older Intel devices advertise in vendor specific space an alignment
 503          * that improves performance.  If present use for the stripe size.  NVMe
 504          * 1.3 standardized this as NOIOB, and newer Intel drives use that.
 505          */
 506         switch (pci_get_devid(ctrlr->dev)) {
 507         case 0x09538086:                /* Intel DC PC3500 */
 508         case 0x0a538086:                /* Intel DC PC3520 */
 509         case 0x0a548086:                /* Intel DC PC4500 */
 510         case 0x0a558086:                /* Dell Intel P4600 */
 511                 if (ctrlr->cdata.vs[3] != 0)
 512                         ns->stripesize =
 513                             (1 << ctrlr->cdata.vs[3]) * ctrlr->min_page_size;
 514                 break;
 515         default:
 516                 break;
 517         }
 518
 519         /*
 520          * Namespaces are reconstructed after a controller reset, so check
 521          *  to make sure we only call mtx_init once on each mtx.
 522          *
 523          * TODO: Move this somewhere where it gets called at controller
 524          *  construction time, which is not invoked as part of each
 525          *  controller reset.
 526          */
 527         if (!mtx_initialized(&ns->lock))
 528                 mtx_init(&ns->lock, "nvme ns lock", NULL, MTX_DEF);
 529
 530         status.done = 0;
 531         nvme_ctrlr_cmd_identify_namespace(ctrlr, id, &ns->data,
 532             nvme_completion_poll_cb, &status);
 533         while (!atomic_load_acq_int(&status.done))
 534                 pause("nvme", 1);
 535         if (nvme_completion_is_error(&status.cpl)) {
 536                 nvme_printf(ctrlr, "nvme_identify_namespace failed\n");
 537                 return (ENXIO);
 538         }
 539
 540         /* Convert data to host endian */
 541         nvme_namespace_data_swapbytes(&ns->data);
 542
 543         /*
 544          * If the size of is zero, chances are this isn't a valid
 545          * namespace (eg one that's not been configured yet). The
 546          * standard says the entire id will be zeros, so this is a
 547          * cheap way to test for that.
 548          */
 549         if (ns->data.nsze == 0)
 550                 return (ENXIO);
 551
 552         flbas_fmt = (ns->data.flbas >> NVME_NS_DATA_FLBAS_FORMAT_SHIFT) &
 553                 NVME_NS_DATA_FLBAS_FORMAT_MASK;
 554         /*
 555          * Note: format is a 0-based value, so > is appropriate here,
 556          *  not >=.
 557          */
 558         if (flbas_fmt > ns->data.nlbaf) {
 559                 printf("lba format %d exceeds number supported (%d)\n",
 560                     flbas_fmt, ns->data.nlbaf + 1);
 561                 return (ENXIO);
 562         }
 563
 564         if (nvme_ctrlr_has_dataset_mgmt(&ctrlr->cdata))
 565                 ns->flags |= NVME_NS_DEALLOCATE_SUPPORTED;
 566
 567         vwc_present = (ctrlr->cdata.vwc >> NVME_CTRLR_DATA_VWC_PRESENT_SHIFT) &
 568                 NVME_CTRLR_DATA_VWC_PRESENT_MASK;
 569         if (vwc_present)
 570                 ns->flags |= NVME_NS_FLUSH_SUPPORTED;
 571
 572         /*
 573          * cdev may have already been created, if we are reconstructing the
 574          *  namespace after a controller-level reset.
 575          */
 576         if (ns->cdev != NULL)
 577                 return (0);
 578
 579         /*
 580          * Namespace IDs start at 1, so we need to subtract 1 to create a
 581          *  correct unit number.
 582          */
 583         unit = device_get_unit(ctrlr->dev) * NVME_MAX_NAMESPACES + ns->id - 1;
 584
 585         make_dev_args_init(&md_args);
 586         md_args.mda_devsw = &nvme_ns_cdevsw;
 587         md_args.mda_unit = unit;
 588         md_args.mda_mode = 0600;
 589         md_args.mda_si_drv1 = ns;
 590         res = make_dev_s(&md_args, &ns->cdev, "nvme%dns%d",
 591             device_get_unit(ctrlr->dev), ns->id);
 592         if (res != 0)
 593                 return (ENXIO);
 594
 595         ns->cdev->si_flags |= SI_UNMAPPED;
 596
 597         return (0);
 598 }
 599
 600 void nvme_ns_destruct(struct nvme_namespace *ns)
 601 {
 602
 603         if (ns->cdev != NULL)
 604                 destroy_dev(ns->cdev);
 605 }