include/linux/io_uring_types.h

   1 #ifndef IO_URING_TYPES_H
   2 #define IO_URING_TYPES_H
   3
   4 #include <linux/blkdev.h>
   5 #include <linux/task_work.h>
   6 #include <linux/bitmap.h>
   7 #include <linux/llist.h>
   8 #include <uapi/linux/io_uring.h>
   9
  10 struct io_wq_work_node {
  11         struct io_wq_work_node *next;
  12 };
  13
  14 struct io_wq_work_list {
  15         struct io_wq_work_node *first;
  16         struct io_wq_work_node *last;
  17 };
  18
  19 struct io_wq_work {
  20         struct io_wq_work_node list;
  21         unsigned flags;
  22         /* place it here instead of io_kiocb as it fills padding and saves 4B */
  23         int cancel_seq;
  24 };
  25
  26 struct io_fixed_file {
  27         /* file * with additional FFS_* flags */
  28         unsigned long file_ptr;
  29 };
  30
  31 struct io_file_table {
  32         struct io_fixed_file *files;
  33         unsigned long *bitmap;
  34         unsigned int alloc_hint;
  35 };
  36
  37 struct io_hash_bucket {
  38         spinlock_t              lock;
  39         struct hlist_head       list;
  40 } ____cacheline_aligned_in_smp;
  41
  42 struct io_hash_table {
  43         struct io_hash_bucket   *hbs;
  44         unsigned                hash_bits;
  45 };
  46
  47 /*
  48  * Arbitrary limit, can be raised if need be
  49  */
  50 #define IO_RINGFD_REG_MAX 16
  51
  52 struct io_uring_task {
  53         /* submission side */
  54         int                             cached_refs;
  55         const struct io_ring_ctx        *last;
  56         struct io_wq                    *io_wq;
  57         struct file                     *registered_rings[IO_RINGFD_REG_MAX];
  58
  59         struct xarray                   xa;
  60         struct wait_queue_head          wait;
  61         atomic_t                        in_cancel;
  62         atomic_t                        inflight_tracked;
  63         struct percpu_counter           inflight;
  64
  65         struct { /* task_work */
  66                 struct llist_head       task_list;
  67                 struct callback_head    task_work;
  68         } ____cacheline_aligned_in_smp;
  69 };
  70
  71 struct io_uring {
  72         u32 head;
  73         u32 tail;
  74 };
  75
  76 /*
  77  * This data is shared with the application through the mmap at offsets
  78  * IORING_OFF_SQ_RING and IORING_OFF_CQ_RING.
  79  *
  80  * The offsets to the member fields are published through struct
  81  * io_sqring_offsets when calling io_uring_setup.
  82  */
  83 struct io_rings {
  84         /*
  85          * Head and tail offsets into the ring; the offsets need to be
  86          * masked to get valid indices.
  87          *
  88          * The kernel controls head of the sq ring and the tail of the cq ring,
  89          * and the application controls tail of the sq ring and the head of the
  90          * cq ring.
  91          */
  92         struct io_uring         sq, cq;
  93         /*
  94          * Bitmasks to apply to head and tail offsets (constant, equals
  95          * ring_entries - 1)
  96          */
  97         u32                     sq_ring_mask, cq_ring_mask;
  98         /* Ring sizes (constant, power of 2) */
  99         u32                     sq_ring_entries, cq_ring_entries;
 100         /*
 101          * Number of invalid entries dropped by the kernel due to
 102          * invalid index stored in array
 103          *
 104          * Written by the kernel, shouldn't be modified by the
 105          * application (i.e. get number of "new events" by comparing to
 106          * cached value).
 107          *
 108          * After a new SQ head value was read by the application this
 109          * counter includes all submissions that were dropped reaching
 110          * the new SQ head (and possibly more).
 111          */
 112         u32                     sq_dropped;
 113         /*
 114          * Runtime SQ flags
 115          *
 116          * Written by the kernel, shouldn't be modified by the
 117          * application.
 118          *
 119          * The application needs a full memory barrier before checking
 120          * for IORING_SQ_NEED_WAKEUP after updating the sq tail.
 121          */
 122         atomic_t                sq_flags;
 123         /*
 124          * Runtime CQ flags
 125          *
 126          * Written by the application, shouldn't be modified by the
 127          * kernel.
 128          */
 129         u32                     cq_flags;
 130         /*
 131          * Number of completion events lost because the queue was full;
 132          * this should be avoided by the application by making sure
 133          * there are not more requests pending than there is space in
 134          * the completion queue.
 135          *
 136          * Written by the kernel, shouldn't be modified by the
 137          * application (i.e. get number of "new events" by comparing to
 138          * cached value).
 139          *
 140          * As completion events come in out of order this counter is not
 141          * ordered with any other data.
 142          */
 143         u32                     cq_overflow;
 144         /*
 145          * Ring buffer of completion events.
 146          *
 147          * The kernel writes completion events fresh every time they are
 148          * produced, so the application is allowed to modify pending
 149          * entries.
 150          */
 151         struct io_uring_cqe     cqes[] ____cacheline_aligned_in_smp;
 152 };
 153
 154 struct io_restriction {
 155         DECLARE_BITMAP(register_op, IORING_REGISTER_LAST);
 156         DECLARE_BITMAP(sqe_op, IORING_OP_LAST);
 157         u8 sqe_flags_allowed;
 158         u8 sqe_flags_required;
 159         bool registered;
 160 };
 161
 162 struct io_submit_link {
 163         struct io_kiocb         *head;
 164         struct io_kiocb         *last;
 165 };
 166
 167 struct io_submit_state {
 168         /* inline/task_work completion list, under ->uring_lock */
 169         struct io_wq_work_node  free_list;
 170         /* batch completion logic */
 171         struct io_wq_work_list  compl_reqs;
 172         struct io_submit_link   link;
 173
 174         bool                    plug_started;
 175         bool                    need_plug;
 176         unsigned short          submit_nr;
 177         unsigned int            cqes_count;
 178         struct blk_plug         plug;
 179 };
 180
 181 struct io_ev_fd {
 182         struct eventfd_ctx      *cq_ev_fd;
 183         unsigned int            eventfd_async: 1;
 184         struct rcu_head         rcu;
 185         atomic_t                refs;
 186         atomic_t                ops;
 187 };
 188
 189 struct io_alloc_cache {
 190         struct io_wq_work_node  list;
 191         unsigned int            nr_cached;
 192         unsigned int            max_cached;
 193         size_t                  elem_size;
 194 };
 195
 196 struct io_ring_ctx {
 197         /* const or read-mostly hot data */
 198         struct {
 199                 unsigned int            flags;
 200                 unsigned int            drain_next: 1;
 201                 unsigned int            restricted: 1;
 202                 unsigned int            off_timeout_used: 1;
 203                 unsigned int            drain_active: 1;
 204                 unsigned int            has_evfd: 1;
 205                 /* all CQEs should be posted only by the submitter task */
 206                 unsigned int            task_complete: 1;
 207                 unsigned int            lockless_cq: 1;
 208                 unsigned int            syscall_iopoll: 1;
 209                 unsigned int            poll_activated: 1;
 210                 unsigned int            drain_disabled: 1;
 211                 unsigned int            compat: 1;
 212
 213                 struct task_struct      *submitter_task;
 214                 struct io_rings         *rings;
 215                 struct percpu_ref       refs;
 216
 217                 enum task_work_notify_mode      notify_method;
 218         } ____cacheline_aligned_in_smp;
 219
 220         /* submission data */
 221         struct {
 222                 struct mutex            uring_lock;
 223
 224                 /*
 225                  * Ring buffer of indices into array of io_uring_sqe, which is
 226                  * mmapped by the application using the IORING_OFF_SQES offset.
 227                  *
 228                  * This indirection could e.g. be used to assign fixed
 229                  * io_uring_sqe entries to operations and only submit them to
 230                  * the queue when needed.
 231                  *
 232                  * The kernel modifies neither the indices array nor the entries
 233                  * array.
 234                  */
 235                 u32                     *sq_array;
 236                 struct io_uring_sqe     *sq_sqes;
 237                 unsigned                cached_sq_head;
 238                 unsigned                sq_entries;
 239
 240                 /*
 241                  * Fixed resources fast path, should be accessed only under
 242                  * uring_lock, and updated through io_uring_register(2)
 243                  */
 244                 struct io_rsrc_node     *rsrc_node;
 245                 atomic_t                cancel_seq;
 246                 struct io_file_table    file_table;
 247                 unsigned                nr_user_files;
 248                 unsigned                nr_user_bufs;
 249                 struct io_mapped_ubuf   **user_bufs;
 250
 251                 struct io_submit_state  submit_state;
 252
 253                 struct io_buffer_list   *io_bl;
 254                 struct xarray           io_bl_xa;
 255
 256                 struct io_hash_table    cancel_table_locked;
 257                 struct io_alloc_cache   apoll_cache;
 258                 struct io_alloc_cache   netmsg_cache;
 259
 260                 /*
 261                  * ->iopoll_list is protected by the ctx->uring_lock for
 262                  * io_uring instances that don't use IORING_SETUP_SQPOLL.
 263                  * For SQPOLL, only the single threaded io_sq_thread() will
 264                  * manipulate the list, hence no extra locking is needed there.
 265                  */
 266                 struct io_wq_work_list  iopoll_list;
 267                 bool                    poll_multi_queue;
 268
 269                 /*
 270                  * Any cancelable uring_cmd is added to this list in
 271                  * ->uring_cmd() by io_uring_cmd_insert_cancelable()
 272                  */
 273                 struct hlist_head       cancelable_uring_cmd;
 274         } ____cacheline_aligned_in_smp;
 275
 276         struct {
 277                 /*
 278                  * We cache a range of free CQEs we can use, once exhausted it
 279                  * should go through a slower range setup, see __io_get_cqe()
 280                  */
 281                 struct io_uring_cqe     *cqe_cached;
 282                 struct io_uring_cqe     *cqe_sentinel;
 283
 284                 unsigned                cached_cq_tail;
 285                 unsigned                cq_entries;
 286                 struct io_ev_fd __rcu   *io_ev_fd;
 287                 unsigned                cq_extra;
 288         } ____cacheline_aligned_in_smp;
 289
 290         /*
 291          * task_work and async notification delivery cacheline. Expected to
 292          * regularly bounce b/w CPUs.
 293          */
 294         struct {
 295                 struct llist_head       work_llist;
 296                 unsigned long           check_cq;
 297                 atomic_t                cq_wait_nr;
 298                 atomic_t                cq_timeouts;
 299                 struct wait_queue_head  cq_wait;
 300         } ____cacheline_aligned_in_smp;
 301
 302         /* timeouts */
 303         struct {
 304                 spinlock_t              timeout_lock;
 305                 struct list_head        timeout_list;
 306                 struct list_head        ltimeout_list;
 307                 unsigned                cq_last_tm_flush;
 308         } ____cacheline_aligned_in_smp;
 309
 310         struct io_uring_cqe     completion_cqes[16];
 311
 312         spinlock_t              completion_lock;
 313
 314         /* IRQ completion list, under ->completion_lock */
 315         struct io_wq_work_list  locked_free_list;
 316         unsigned int            locked_free_nr;
 317
 318         struct list_head        io_buffers_comp;
 319         struct list_head        cq_overflow_list;
 320         struct io_hash_table    cancel_table;
 321
 322         struct hlist_head       waitid_list;
 323
 324 #ifdef CONFIG_FUTEX
 325         struct hlist_head       futex_list;
 326         struct io_alloc_cache   futex_cache;
 327 #endif
 328
 329         const struct cred       *sq_creds;      /* cred used for __io_sq_thread() */
 330         struct io_sq_data       *sq_data;       /* if using sq thread polling */
 331
 332         struct wait_queue_head  sqo_sq_wait;
 333         struct list_head        sqd_list;
 334
 335         unsigned int            file_alloc_start;
 336         unsigned int            file_alloc_end;
 337
 338         struct xarray           personalities;
 339         u32                     pers_next;
 340
 341         struct list_head        io_buffers_cache;
 342
 343         /* Keep this last, we don't need it for the fast path */
 344         struct wait_queue_head          poll_wq;
 345         struct io_restriction           restrictions;
 346
 347         /* slow path rsrc auxilary data, used by update/register */
 348         struct io_mapped_ubuf           *dummy_ubuf;
 349         struct io_rsrc_data             *file_data;
 350         struct io_rsrc_data             *buf_data;
 351
 352         /* protected by ->uring_lock */
 353         struct list_head                rsrc_ref_list;
 354         struct io_alloc_cache           rsrc_node_cache;
 355         struct wait_queue_head          rsrc_quiesce_wq;
 356         unsigned                        rsrc_quiesce;
 357
 358         #if defined(CONFIG_UNIX)
 359                 struct socket           *ring_sock;
 360         #endif
 361         /* hashed buffered write serialization */
 362         struct io_wq_hash               *hash_map;
 363
 364         /* Only used for accounting purposes */
 365         struct user_struct              *user;
 366         struct mm_struct                *mm_account;
 367
 368         /* ctx exit and cancelation */
 369         struct llist_head               fallback_llist;
 370         struct delayed_work             fallback_work;
 371         struct work_struct              exit_work;
 372         struct list_head                tctx_list;
 373         struct completion               ref_comp;
 374
 375         /* io-wq management, e.g. thread count */
 376         u32                             iowq_limits[2];
 377         bool                            iowq_limits_set;
 378
 379         struct callback_head            poll_wq_task_work;
 380         struct list_head                defer_list;
 381         unsigned                        sq_thread_idle;
 382         /* protected by ->completion_lock */
 383         unsigned                        evfd_last_cq_tail;
 384
 385         /*
 386          * If IORING_SETUP_NO_MMAP is used, then the below holds
 387          * the gup'ed pages for the two rings, and the sqes.
 388          */
 389         unsigned short                  n_ring_pages;
 390         unsigned short                  n_sqe_pages;
 391         struct page                     **ring_pages;
 392         struct page                     **sqe_pages;
 393 };
 394
 395 struct io_tw_state {
 396         /* ->uring_lock is taken, callbacks can use io_tw_lock to lock it */
 397         bool locked;
 398 };
 399
 400 enum {
 401         REQ_F_FIXED_FILE_BIT    = IOSQE_FIXED_FILE_BIT,
 402         REQ_F_IO_DRAIN_BIT      = IOSQE_IO_DRAIN_BIT,
 403         REQ_F_LINK_BIT          = IOSQE_IO_LINK_BIT,
 404         REQ_F_HARDLINK_BIT      = IOSQE_IO_HARDLINK_BIT,
 405         REQ_F_FORCE_ASYNC_BIT   = IOSQE_ASYNC_BIT,
 406         REQ_F_BUFFER_SELECT_BIT = IOSQE_BUFFER_SELECT_BIT,
 407         REQ_F_CQE_SKIP_BIT      = IOSQE_CQE_SKIP_SUCCESS_BIT,
 408
 409         /* first byte is taken by user flags, shift it to not overlap */
 410         REQ_F_FAIL_BIT          = 8,
 411         REQ_F_INFLIGHT_BIT,
 412         REQ_F_CUR_POS_BIT,
 413         REQ_F_NOWAIT_BIT,
 414         REQ_F_LINK_TIMEOUT_BIT,
 415         REQ_F_NEED_CLEANUP_BIT,
 416         REQ_F_POLLED_BIT,
 417         REQ_F_BUFFER_SELECTED_BIT,
 418         REQ_F_BUFFER_RING_BIT,
 419         REQ_F_REISSUE_BIT,
 420         REQ_F_CREDS_BIT,
 421         REQ_F_REFCOUNT_BIT,
 422         REQ_F_ARM_LTIMEOUT_BIT,
 423         REQ_F_ASYNC_DATA_BIT,
 424         REQ_F_SKIP_LINK_CQES_BIT,
 425         REQ_F_SINGLE_POLL_BIT,
 426         REQ_F_DOUBLE_POLL_BIT,
 427         REQ_F_PARTIAL_IO_BIT,
 428         REQ_F_APOLL_MULTISHOT_BIT,
 429         REQ_F_CLEAR_POLLIN_BIT,
 430         REQ_F_HASH_LOCKED_BIT,
 431         /* keep async read/write and isreg together and in order */
 432         REQ_F_SUPPORT_NOWAIT_BIT,
 433         REQ_F_ISREG_BIT,
 434
 435         /* not a real bit, just to check we're not overflowing the space */
 436         __REQ_F_LAST_BIT,
 437 };
 438
 439 enum {
 440         /* ctx owns file */
 441         REQ_F_FIXED_FILE        = BIT(REQ_F_FIXED_FILE_BIT),
 442         /* drain existing IO first */
 443         REQ_F_IO_DRAIN          = BIT(REQ_F_IO_DRAIN_BIT),
 444         /* linked sqes */
 445         REQ_F_LINK              = BIT(REQ_F_LINK_BIT),
 446         /* doesn't sever on completion < 0 */
 447         REQ_F_HARDLINK          = BIT(REQ_F_HARDLINK_BIT),
 448         /* IOSQE_ASYNC */
 449         REQ_F_FORCE_ASYNC       = BIT(REQ_F_FORCE_ASYNC_BIT),
 450         /* IOSQE_BUFFER_SELECT */
 451         REQ_F_BUFFER_SELECT     = BIT(REQ_F_BUFFER_SELECT_BIT),
 452         /* IOSQE_CQE_SKIP_SUCCESS */
 453         REQ_F_CQE_SKIP          = BIT(REQ_F_CQE_SKIP_BIT),
 454
 455         /* fail rest of links */
 456         REQ_F_FAIL              = BIT(REQ_F_FAIL_BIT),
 457         /* on inflight list, should be cancelled and waited on exit reliably */
 458         REQ_F_INFLIGHT          = BIT(REQ_F_INFLIGHT_BIT),
 459         /* read/write uses file position */
 460         REQ_F_CUR_POS           = BIT(REQ_F_CUR_POS_BIT),
 461         /* must not punt to workers */
 462         REQ_F_NOWAIT            = BIT(REQ_F_NOWAIT_BIT),
 463         /* has or had linked timeout */
 464         REQ_F_LINK_TIMEOUT      = BIT(REQ_F_LINK_TIMEOUT_BIT),
 465         /* needs cleanup */
 466         REQ_F_NEED_CLEANUP      = BIT(REQ_F_NEED_CLEANUP_BIT),
 467         /* already went through poll handler */
 468         REQ_F_POLLED            = BIT(REQ_F_POLLED_BIT),
 469         /* buffer already selected */
 470         REQ_F_BUFFER_SELECTED   = BIT(REQ_F_BUFFER_SELECTED_BIT),
 471         /* buffer selected from ring, needs commit */
 472         REQ_F_BUFFER_RING       = BIT(REQ_F_BUFFER_RING_BIT),
 473         /* caller should reissue async */
 474         REQ_F_REISSUE           = BIT(REQ_F_REISSUE_BIT),
 475         /* supports async reads/writes */
 476         REQ_F_SUPPORT_NOWAIT    = BIT(REQ_F_SUPPORT_NOWAIT_BIT),
 477         /* regular file */
 478         REQ_F_ISREG             = BIT(REQ_F_ISREG_BIT),
 479         /* has creds assigned */
 480         REQ_F_CREDS             = BIT(REQ_F_CREDS_BIT),
 481         /* skip refcounting if not set */
 482         REQ_F_REFCOUNT          = BIT(REQ_F_REFCOUNT_BIT),
 483         /* there is a linked timeout that has to be armed */
 484         REQ_F_ARM_LTIMEOUT      = BIT(REQ_F_ARM_LTIMEOUT_BIT),
 485         /* ->async_data allocated */
 486         REQ_F_ASYNC_DATA        = BIT(REQ_F_ASYNC_DATA_BIT),
 487         /* don't post CQEs while failing linked requests */
 488         REQ_F_SKIP_LINK_CQES    = BIT(REQ_F_SKIP_LINK_CQES_BIT),
 489         /* single poll may be active */
 490         REQ_F_SINGLE_POLL       = BIT(REQ_F_SINGLE_POLL_BIT),
 491         /* double poll may active */
 492         REQ_F_DOUBLE_POLL       = BIT(REQ_F_DOUBLE_POLL_BIT),
 493         /* request has already done partial IO */
 494         REQ_F_PARTIAL_IO        = BIT(REQ_F_PARTIAL_IO_BIT),
 495         /* fast poll multishot mode */
 496         REQ_F_APOLL_MULTISHOT   = BIT(REQ_F_APOLL_MULTISHOT_BIT),
 497         /* recvmsg special flag, clear EPOLLIN */
 498         REQ_F_CLEAR_POLLIN      = BIT(REQ_F_CLEAR_POLLIN_BIT),
 499         /* hashed into ->cancel_hash_locked, protected by ->uring_lock */
 500         REQ_F_HASH_LOCKED       = BIT(REQ_F_HASH_LOCKED_BIT),
 501 };
 502
 503 typedef void (*io_req_tw_func_t)(struct io_kiocb *req, struct io_tw_state *ts);
 504
 505 struct io_task_work {
 506         struct llist_node               node;
 507         io_req_tw_func_t                func;
 508 };
 509
 510 struct io_cqe {
 511         __u64   user_data;
 512         __s32   res;
 513         /* fd initially, then cflags for completion */
 514         union {
 515                 __u32   flags;
 516                 int     fd;
 517         };
 518 };
 519
 520 /*
 521  * Each request type overlays its private data structure on top of this one.
 522  * They must not exceed this one in size.
 523  */
 524 struct io_cmd_data {
 525         struct file             *file;
 526         /* each command gets 56 bytes of data */
 527         __u8                    data[56];
 528 };
 529
 530 static inline void io_kiocb_cmd_sz_check(size_t cmd_sz)
 531 {
 532         BUILD_BUG_ON(cmd_sz > sizeof(struct io_cmd_data));
 533 }
 534 #define io_kiocb_to_cmd(req, cmd_type) ( \
 535         io_kiocb_cmd_sz_check(sizeof(cmd_type)) , \
 536         ((cmd_type *)&(req)->cmd) \
 537 )
 538 #define cmd_to_io_kiocb(ptr)    ((struct io_kiocb *) ptr)
 539
 540 struct io_kiocb {
 541         union {
 542                 /*
 543                  * NOTE! Each of the io_kiocb union members has the file pointer
 544                  * as the first entry in their struct definition. So you can
 545                  * access the file pointer through any of the sub-structs,
 546                  * or directly as just 'file' in this struct.
 547                  */
 548                 struct file             *file;
 549                 struct io_cmd_data      cmd;
 550         };
 551
 552         u8                              opcode;
 553         /* polled IO has completed */
 554         u8                              iopoll_completed;
 555         /*
 556          * Can be either a fixed buffer index, or used with provided buffers.
 557          * For the latter, before issue it points to the buffer group ID,
 558          * and after selection it points to the buffer ID itself.
 559          */
 560         u16                             buf_index;
 561         unsigned int                    flags;
 562
 563         struct io_cqe                   cqe;
 564
 565         struct io_ring_ctx              *ctx;
 566         struct task_struct              *task;
 567
 568         struct io_rsrc_node             *rsrc_node;
 569
 570         union {
 571                 /* store used ubuf, so we can prevent reloading */
 572                 struct io_mapped_ubuf   *imu;
 573
 574                 /* stores selected buf, valid IFF REQ_F_BUFFER_SELECTED is set */
 575                 struct io_buffer        *kbuf;
 576
 577                 /*
 578                  * stores buffer ID for ring provided buffers, valid IFF
 579                  * REQ_F_BUFFER_RING is set.
 580                  */
 581                 struct io_buffer_list   *buf_list;
 582         };
 583
 584         union {
 585                 /* used by request caches, completion batching and iopoll */
 586                 struct io_wq_work_node  comp_list;
 587                 /* cache ->apoll->events */
 588                 __poll_t apoll_events;
 589         };
 590         atomic_t                        refs;
 591         atomic_t                        poll_refs;
 592         struct io_task_work             io_task_work;
 593         unsigned                        nr_tw;
 594         /* for polled requests, i.e. IORING_OP_POLL_ADD and async armed poll */
 595         struct hlist_node               hash_node;
 596         /* internal polling, see IORING_FEAT_FAST_POLL */
 597         struct async_poll               *apoll;
 598         /* opcode allocated if it needs to store data for async defer */
 599         void                            *async_data;
 600         /* linked requests, IFF REQ_F_HARDLINK or REQ_F_LINK are set */
 601         struct io_kiocb                 *link;
 602         /* custom credentials, valid IFF REQ_F_CREDS is set */
 603         const struct cred               *creds;
 604         struct io_wq_work               work;
 605
 606         struct {
 607                 u64                     extra1;
 608                 u64                     extra2;
 609         } big_cqe;
 610 };
 611
 612 struct io_overflow_cqe {
 613         struct list_head list;
 614         struct io_uring_cqe cqe;
 615 };
 616
 617 #endif