// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
/*
 * Copyright (C) 2017 Western Digital Corporation or its affiliates.
 *
 * This file is released under the GPL.
 */

#include "dm-zoned.h"

#include <linux/module.h>
#include <linux/crc32.h>
#include <linux/sched/mm.h>

#define DM_MSG_PREFIX  "zoned metadata"

/*
 * Metadata version.
 */
#define DMZ_META_VER 2

/*
 * On-disk super block magic.
 */
#define DMZ_MAGIC ((((unsigned int)('D')) << 24) | \
    (((unsigned int)('Z')) << 16) | \
    (((unsigned int)('B')) <<  8) | \
    ((unsigned int)('D')))

/*
 * On disk super block.
 * This uses only 512 B but uses on disk a full 4KB block. This block is
 * followed on disk by the mapping table of chunks to zones and the bitmap
 * blocks indicating zone block validity.
 * The overall resulting metadata format is:
 *    (1) Super block (1 block)
 *    (2) Chunk mapping table (nr_map_blocks)
 *    (3) Bitmap blocks (nr_bitmap_blocks)
 * All metadata blocks are stored in conventional zones, starting from
 * the first conventional zone found on disk.
 */
struct dmz_super {
 /* Magic number */
 __le32  magic;   /*   4 */

 /* Metadata version number */
 __le32  version;  /*   8 */

 /* Generation number */
 __le64  gen;   /*  16 */

 /* This block number */
 __le64  sb_block;  /*  24 */

 /* The number of metadata blocks, including this super block */
 __le32  nr_meta_blocks;  /*  28 */

 /* The number of sequential zones reserved for reclaim */
 __le32  nr_reserved_seq; /*  32 */

 /* The number of entries in the mapping table */
 __le32  nr_chunks;  /*  36 */

 /* The number of blocks used for the chunk mapping table */
 __le32  nr_map_blocks;  /*  40 */

 /* The number of blocks used for the block bitmaps */
 __le32  nr_bitmap_blocks; /*  44 */

 /* Checksum */
 __le32  crc;   /*  48 */

 /* DM-Zoned label */
 u8  dmz_label[32];  /*  80 */

 /* DM-Zoned UUID */
 u8  dmz_uuid[16];  /*  96 */

 /* Device UUID */
 u8  dev_uuid[16];  /* 112 */

 /* Padding to full 512B sector */
 u8  reserved[400];  /* 512 */
};

/*
 * Chunk mapping entry: entries are indexed by chunk number
 * and give the zone ID (dzone_id) mapping the chunk on disk.
 * This zone may be sequential or random. If it is a sequential
 * zone, a second zone (bzone_id) used as a write buffer may
 * also be specified. This second zone will always be a randomly
 * writeable zone.
 */
struct dmz_map {
 __le32   dzone_id;
 __le32   bzone_id;
};

/*
 * Chunk mapping table metadata: 512 8-bytes entries per 4KB block.
 */
#define DMZ_MAP_ENTRIES  (DMZ_BLOCK_SIZE / sizeof(struct dmz_map))
#define DMZ_MAP_ENTRIES_SHIFT (ilog2(DMZ_MAP_ENTRIES))
#define DMZ_MAP_ENTRIES_MASK (DMZ_MAP_ENTRIES - 1)
#define DMZ_MAP_UNMAPPED UINT_MAX

/*
 * Meta data block descriptor (for cached metadata blocks).
 */
struct dmz_mblock {
 struct rb_node  node;
 struct list_head link;
 sector_t  no;
 unsigned int  ref;
 unsigned long  state;
 struct page  *page;
 void   *data;
};

/*
 * Metadata block state flags.
 */
enum {
 DMZ_META_DIRTY,
 DMZ_META_READING,
 DMZ_META_WRITING,
 DMZ_META_ERROR,
};

/*
 * Super block information (one per metadata set).
 */
struct dmz_sb {
 sector_t  block;
 struct dmz_dev  *dev;
 struct dmz_mblock *mblk;
 struct dmz_super *sb;
 struct dm_zone  *zone;
};

/*
 * In-memory metadata.
 */
struct dmz_metadata {
 struct dmz_dev  *dev;
 unsigned int  nr_devs;

 char   devname[BDEVNAME_SIZE];
 char   label[BDEVNAME_SIZE];
 uuid_t   uuid;

 sector_t  zone_bitmap_size;
 unsigned int  zone_nr_bitmap_blocks;
 unsigned int  zone_bits_per_mblk;

 sector_t  zone_nr_blocks;
 sector_t  zone_nr_blocks_shift;

 sector_t  zone_nr_sectors;
 sector_t  zone_nr_sectors_shift;

 unsigned int  nr_bitmap_blocks;
 unsigned int  nr_map_blocks;

 unsigned int  nr_zones;
 unsigned int  nr_useable_zones;
 unsigned int  nr_meta_blocks;
 unsigned int  nr_meta_zones;
 unsigned int  nr_data_zones;
 unsigned int  nr_cache_zones;
 unsigned int  nr_rnd_zones;
 unsigned int  nr_reserved_seq;
 unsigned int  nr_chunks;

 /* Zone information array */
 struct xarray  zones;

 struct dmz_sb  sb[2];
 unsigned int  mblk_primary;
 unsigned int  sb_version;
 u64   sb_gen;
 unsigned int  min_nr_mblks;
 unsigned int  max_nr_mblks;
 atomic_t  nr_mblks;
 struct rw_semaphore mblk_sem;
 struct mutex  mblk_flush_lock;
 spinlock_t  mblk_lock;
 struct rb_root  mblk_rbtree;
 struct list_head mblk_lru_list;
 struct list_head mblk_dirty_list;
 struct shrinker  *mblk_shrinker;

 /* Zone allocation management */
 struct mutex  map_lock;
 struct dmz_mblock **map_mblk;

 unsigned int  nr_cache;
 atomic_t  unmap_nr_cache;
 struct list_head unmap_cache_list;
 struct list_head map_cache_list;

 atomic_t  nr_reserved_seq_zones;
 struct list_head reserved_seq_zones_list;

 wait_queue_head_t free_wq;
};

#define dmz_zmd_info(zmd, format, args...) \
 DMINFO("(%s): " format, (zmd)->label, ## args)

#define dmz_zmd_err(zmd, format, args...) \
 DMERR("(%s): " format, (zmd)->label, ## args)

#define dmz_zmd_warn(zmd, format, args...) \
 DMWARN("(%s): " format, (zmd)->label, ## args)

#define dmz_zmd_debug(zmd, format, args...) \
 DMDEBUG("(%s): " format, (zmd)->label, ## args)
/*
 * Various accessors
 */
static unsigned int dmz_dev_zone_id(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
{
 if (WARN_ON(!zone))
  return 0;

 return zone->id - zone->dev->zone_offset;
}

sector_t dmz_start_sect(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
{
 unsigned int zone_id = dmz_dev_zone_id(zmd, zone);

 return (sector_t)zone_id << zmd->zone_nr_sectors_shift;
}

sector_t dmz_start_block(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
{
 unsigned int zone_id = dmz_dev_zone_id(zmd, zone);

 return (sector_t)zone_id << zmd->zone_nr_blocks_shift;
}

unsigned int dmz_zone_nr_blocks(struct dmz_metadata *zmd)
{
 return zmd->zone_nr_blocks;
}

unsigned int dmz_zone_nr_sectors(struct dmz_metadata *zmd)
{
 return zmd->zone_nr_sectors;
}

unsigned int dmz_zone_nr_sectors_shift(struct dmz_metadata *zmd)
{
 return zmd->zone_nr_sectors_shift;
}

unsigned int dmz_nr_zones(struct dmz_metadata *zmd)
{
 return zmd->nr_zones;
}

unsigned int dmz_nr_chunks(struct dmz_metadata *zmd)
{
 return zmd->nr_chunks;
}

unsigned int dmz_nr_rnd_zones(struct dmz_metadata *zmd, int idx)
{
 return zmd->dev[idx].nr_rnd;
}

unsigned int dmz_nr_unmap_rnd_zones(struct dmz_metadata *zmd, int idx)
{
 return atomic_read(&zmd->dev[idx].unmap_nr_rnd);
}

unsigned int dmz_nr_cache_zones(struct dmz_metadata *zmd)
{
 return zmd->nr_cache;
}

unsigned int dmz_nr_unmap_cache_zones(struct dmz_metadata *zmd)
{
 return atomic_read(&zmd->unmap_nr_cache);
}

unsigned int dmz_nr_seq_zones(struct dmz_metadata *zmd, int idx)
{
 return zmd->dev[idx].nr_seq;
}

unsigned int dmz_nr_unmap_seq_zones(struct dmz_metadata *zmd, int idx)
{
 return atomic_read(&zmd->dev[idx].unmap_nr_seq);
}

static struct dm_zone *dmz_get(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int zone_id)
{
 return xa_load(&zmd->zones, zone_id);
}

static struct dm_zone *dmz_insert(struct dmz_metadata *zmd,
      unsigned int zone_id, struct dmz_dev *dev)
{
 struct dm_zone *zone = kzalloc(sizeof(struct dm_zone), GFP_KERNEL);

 if (!zone)
  return ERR_PTR(-ENOMEM);

 if (xa_insert(&zmd->zones, zone_id, zone, GFP_KERNEL)) {
  kfree(zone);
  return ERR_PTR(-EBUSY);
 }

 INIT_LIST_HEAD(&zone->link);
 atomic_set(&zone->refcount, 0);
 zone->id = zone_id;
 zone->chunk = DMZ_MAP_UNMAPPED;
 zone->dev = dev;

 return zone;
}

const char *dmz_metadata_label(struct dmz_metadata *zmd)
{
 return (const char *)zmd->label;
}

bool dmz_check_dev(struct dmz_metadata *zmd)
{
 unsigned int i;

 for (i = 0; i < zmd->nr_devs; i++) {
  if (!dmz_check_bdev(&zmd->dev[i]))
   return false;
 }
 return true;
}

bool dmz_dev_is_dying(struct dmz_metadata *zmd)
{
 unsigned int i;

 for (i = 0; i < zmd->nr_devs; i++) {
  if (dmz_bdev_is_dying(&zmd->dev[i]))
   return true;
 }
 return false;
}

/*
 * Lock/unlock mapping table.
 * The map lock also protects all the zone lists.
 */
void dmz_lock_map(struct dmz_metadata *zmd)
{
 mutex_lock(&zmd->map_lock);
}

void dmz_unlock_map(struct dmz_metadata *zmd)
{
 mutex_unlock(&zmd->map_lock);
}

/*
 * Lock/unlock metadata access. This is a "read" lock on a semaphore
 * that prevents metadata flush from running while metadata are being
 * modified. The actual metadata write mutual exclusion is achieved with
 * the map lock and zone state management (active and reclaim state are
 * mutually exclusive).
 */
void dmz_lock_metadata(struct dmz_metadata *zmd)
{
 down_read(&zmd->mblk_sem);
}

void dmz_unlock_metadata(struct dmz_metadata *zmd)
{
 up_read(&zmd->mblk_sem);
}

/*
 * Lock/unlock flush: prevent concurrent executions
 * of dmz_flush_metadata as well as metadata modification in reclaim
 * while flush is being executed.
 */
void dmz_lock_flush(struct dmz_metadata *zmd)
{
 mutex_lock(&zmd->mblk_flush_lock);
}

void dmz_unlock_flush(struct dmz_metadata *zmd)
{
 mutex_unlock(&zmd->mblk_flush_lock);
}

/*
 * Allocate a metadata block.
 */
static struct dmz_mblock *dmz_alloc_mblock(struct dmz_metadata *zmd,
        sector_t mblk_no)
{
 struct dmz_mblock *mblk = NULL;

 /* See if we can reuse cached blocks */
 if (zmd->max_nr_mblks && atomic_read(&zmd->nr_mblks) > zmd->max_nr_mblks) {
  spin_lock(&zmd->mblk_lock);
  mblk = list_first_entry_or_null(&zmd->mblk_lru_list,
      struct dmz_mblock, link);
  if (mblk) {
   list_del_init(&mblk->link);
   rb_erase(&mblk->node, &zmd->mblk_rbtree);
   mblk->no = mblk_no;
  }
  spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
  if (mblk)
   return mblk;
 }

 /* Allocate a new block */
 mblk = kmalloc(sizeof(struct dmz_mblock), GFP_NOIO);
 if (!mblk)
  return NULL;

 mblk->page = alloc_page(GFP_NOIO);
 if (!mblk->page) {
  kfree(mblk);
  return NULL;
 }

 RB_CLEAR_NODE(&mblk->node);
 INIT_LIST_HEAD(&mblk->link);
 mblk->ref = 0;
 mblk->state = 0;
 mblk->no = mblk_no;
 mblk->data = page_address(mblk->page);

 atomic_inc(&zmd->nr_mblks);

 return mblk;
}

/*
 * Free a metadata block.
 */
static void dmz_free_mblock(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_mblock *mblk)
{
 __free_pages(mblk->page, 0);
 kfree(mblk);

 atomic_dec(&zmd->nr_mblks);
}

/*
 * Insert a metadata block in the rbtree.
 */
static void dmz_insert_mblock(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_mblock *mblk)
{
 struct rb_root *root = &zmd->mblk_rbtree;
 struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
 struct dmz_mblock *b;

 /* Figure out where to put the new node */
 while (*new) {
  b = container_of(*new, struct dmz_mblock, node);
  parent = *new;
  new = (b->no < mblk->no) ? &((*new)->rb_left) : &((*new)->rb_right);
 }

 /* Add new node and rebalance tree */
 rb_link_node(&mblk->node, parent, new);
 rb_insert_color(&mblk->node, root);
}

/*
 * Lookup a metadata block in the rbtree. If the block is found, increment
 * its reference count.
 */
static struct dmz_mblock *dmz_get_mblock_fast(struct dmz_metadata *zmd,
           sector_t mblk_no)
{
 struct rb_root *root = &zmd->mblk_rbtree;
 struct rb_node *node = root->rb_node;
 struct dmz_mblock *mblk;

 while (node) {
  mblk = container_of(node, struct dmz_mblock, node);
  if (mblk->no == mblk_no) {
   /*
 * If this is the first reference to the block,
 * remove it from the LRU list.
 */
   mblk->ref++;
   if (mblk->ref == 1 &&
       !test_bit(DMZ_META_DIRTY, &mblk->state))
    list_del_init(&mblk->link);
   return mblk;
  }
  node = (mblk->no < mblk_no) ? node->rb_left : node->rb_right;
 }

 return NULL;
}

/*
 * Metadata block BIO end callback.
 */
static void dmz_mblock_bio_end_io(struct bio *bio)
{
 struct dmz_mblock *mblk = bio->bi_private;
 int flag;

 if (bio->bi_status)
  set_bit(DMZ_META_ERROR, &mblk->state);

 if (bio_op(bio) == REQ_OP_WRITE)
  flag = DMZ_META_WRITING;
 else
  flag = DMZ_META_READING;

 clear_bit_unlock(flag, &mblk->state);
 smp_mb__after_atomic();
 wake_up_bit(&mblk->state, flag);

 bio_put(bio);
}

/*
 * Read an uncached metadata block from disk and add it to the cache.
 */
static struct dmz_mblock *dmz_get_mblock_slow(struct dmz_metadata *zmd,
           sector_t mblk_no)
{
 struct dmz_mblock *mblk, *m;
 sector_t block = zmd->sb[zmd->mblk_primary].block + mblk_no;
 struct dmz_dev *dev = zmd->sb[zmd->mblk_primary].dev;
 struct bio *bio;

 if (dmz_bdev_is_dying(dev))
  return ERR_PTR(-EIO);

 /* Get a new block and a BIO to read it */
 mblk = dmz_alloc_mblock(zmd, mblk_no);
 if (!mblk)
  return ERR_PTR(-ENOMEM);

 bio = bio_alloc(dev->bdev, 1, REQ_OP_READ | REQ_META | REQ_PRIO,
   GFP_NOIO);

 spin_lock(&zmd->mblk_lock);

 /*
 * Make sure that another context did not start reading
 * the block already.
 */
 m = dmz_get_mblock_fast(zmd, mblk_no);
 if (m) {
  spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
  dmz_free_mblock(zmd, mblk);
  bio_put(bio);
  return m;
 }

 mblk->ref++;
 set_bit(DMZ_META_READING, &mblk->state);
 dmz_insert_mblock(zmd, mblk);

 spin_unlock(&zmd->mblk_lock);

 /* Submit read BIO */
 bio->bi_iter.bi_sector = dmz_blk2sect(block);
 bio->bi_private = mblk;
 bio->bi_end_io = dmz_mblock_bio_end_io;
 __bio_add_page(bio, mblk->page, DMZ_BLOCK_SIZE, 0);
 submit_bio(bio);

 return mblk;
}

/*
 * Free metadata blocks.
 */
static unsigned long dmz_shrink_mblock_cache(struct dmz_metadata *zmd,
          unsigned long limit)
{
 struct dmz_mblock *mblk;
 unsigned long count = 0;

 if (!zmd->max_nr_mblks)
  return 0;

 while (!list_empty(&zmd->mblk_lru_list) &&
        atomic_read(&zmd->nr_mblks) > zmd->min_nr_mblks &&
        count < limit) {
  mblk = list_first_entry(&zmd->mblk_lru_list,
     struct dmz_mblock, link);
  list_del_init(&mblk->link);
  rb_erase(&mblk->node, &zmd->mblk_rbtree);
  dmz_free_mblock(zmd, mblk);
  count++;
 }

 return count;
}

/*
 * For mblock shrinker: get the number of unused metadata blocks in the cache.
 */
static unsigned long dmz_mblock_shrinker_count(struct shrinker *shrink,
            struct shrink_control *sc)
{
 struct dmz_metadata *zmd = shrink->private_data;

 return atomic_read(&zmd->nr_mblks);
}

/*
 * For mblock shrinker: scan unused metadata blocks and shrink the cache.
 */
static unsigned long dmz_mblock_shrinker_scan(struct shrinker *shrink,
           struct shrink_control *sc)
{
 struct dmz_metadata *zmd = shrink->private_data;
 unsigned long count;

 spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 count = dmz_shrink_mblock_cache(zmd, sc->nr_to_scan);
 spin_unlock(&zmd->mblk_lock);

 return count ? count : SHRINK_STOP;
}

/*
 * Release a metadata block.
 */
static void dmz_release_mblock(struct dmz_metadata *zmd,
          struct dmz_mblock *mblk)
{

 if (!mblk)
  return;

 spin_lock(&zmd->mblk_lock);

 mblk->ref--;
 if (mblk->ref == 0) {
  if (test_bit(DMZ_META_ERROR, &mblk->state)) {
   rb_erase(&mblk->node, &zmd->mblk_rbtree);
   dmz_free_mblock(zmd, mblk);
  } else if (!test_bit(DMZ_META_DIRTY, &mblk->state)) {
   list_add_tail(&mblk->link, &zmd->mblk_lru_list);
   dmz_shrink_mblock_cache(zmd, 1);
  }
 }

 spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
}

/*
 * Get a metadata block from the rbtree. If the block
 * is not present, read it from disk.
 */
static struct dmz_mblock *dmz_get_mblock(struct dmz_metadata *zmd,
      sector_t mblk_no)
{
 struct dmz_mblock *mblk;
 struct dmz_dev *dev = zmd->sb[zmd->mblk_primary].dev;

 /* Check rbtree */
 spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 mblk = dmz_get_mblock_fast(zmd, mblk_no);
 spin_unlock(&zmd->mblk_lock);

 if (!mblk) {
  /* Cache miss: read the block from disk */
  mblk = dmz_get_mblock_slow(zmd, mblk_no);
  if (IS_ERR(mblk))
   return mblk;
 }

 /* Wait for on-going read I/O and check for error */
 wait_on_bit_io(&mblk->state, DMZ_META_READING,
         TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 if (test_bit(DMZ_META_ERROR, &mblk->state)) {
  dmz_release_mblock(zmd, mblk);
  dmz_check_bdev(dev);
  return ERR_PTR(-EIO);
 }

 return mblk;
}

/*
 * Mark a metadata block dirty.
 */
static void dmz_dirty_mblock(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_mblock *mblk)
{
 spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 if (!test_and_set_bit(DMZ_META_DIRTY, &mblk->state))
  list_add_tail(&mblk->link, &zmd->mblk_dirty_list);
 spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
}

/*
 * Issue a metadata block write BIO.
 */
static int dmz_write_mblock(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_mblock *mblk,
       unsigned int set)
{
 struct dmz_dev *dev = zmd->sb[set].dev;
 sector_t block = zmd->sb[set].block + mblk->no;
 struct bio *bio;

 if (dmz_bdev_is_dying(dev))
  return -EIO;

 bio = bio_alloc(dev->bdev, 1, REQ_OP_WRITE | REQ_META | REQ_PRIO,
   GFP_NOIO);

 set_bit(DMZ_META_WRITING, &mblk->state);

 bio->bi_iter.bi_sector = dmz_blk2sect(block);
 bio->bi_private = mblk;
 bio->bi_end_io = dmz_mblock_bio_end_io;
 __bio_add_page(bio, mblk->page, DMZ_BLOCK_SIZE, 0);
 submit_bio(bio);

 return 0;
}

/*
 * Read/write a metadata block.
 */
static int dmz_rdwr_block(struct dmz_dev *dev, enum req_op op,
     sector_t block, struct page *page)
{
 struct bio *bio;
 int ret;

 if (WARN_ON(!dev))
  return -EIO;

 if (dmz_bdev_is_dying(dev))
  return -EIO;

 bio = bio_alloc(dev->bdev, 1, op | REQ_SYNC | REQ_META | REQ_PRIO,
   GFP_NOIO);
 bio->bi_iter.bi_sector = dmz_blk2sect(block);
 __bio_add_page(bio, page, DMZ_BLOCK_SIZE, 0);
 ret = submit_bio_wait(bio);
 bio_put(bio);

 if (ret)
  dmz_check_bdev(dev);
 return ret;
}

/*
 * Write super block of the specified metadata set.
 */
static int dmz_write_sb(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int set)
{
 struct dmz_mblock *mblk = zmd->sb[set].mblk;
 struct dmz_super *sb = zmd->sb[set].sb;
 struct dmz_dev *dev = zmd->sb[set].dev;
 sector_t sb_block;
 u64 sb_gen = zmd->sb_gen + 1;
 int ret;

 sb->magic = cpu_to_le32(DMZ_MAGIC);

 sb->version = cpu_to_le32(zmd->sb_version);
 if (zmd->sb_version > 1) {
  BUILD_BUG_ON(UUID_SIZE != 16);
  export_uuid(sb->dmz_uuid, &zmd->uuid);
  memcpy(sb->dmz_label, zmd->label, BDEVNAME_SIZE);
  export_uuid(sb->dev_uuid, &dev->uuid);
 }

 sb->gen = cpu_to_le64(sb_gen);

 /*
 * The metadata always references the absolute block address,
 * ie relative to the entire block range, not the per-device
 * block address.
 */
 sb_block = zmd->sb[set].zone->id << zmd->zone_nr_blocks_shift;
 sb->sb_block = cpu_to_le64(sb_block);
 sb->nr_meta_blocks = cpu_to_le32(zmd->nr_meta_blocks);
 sb->nr_reserved_seq = cpu_to_le32(zmd->nr_reserved_seq);
 sb->nr_chunks = cpu_to_le32(zmd->nr_chunks);

 sb->nr_map_blocks = cpu_to_le32(zmd->nr_map_blocks);
 sb->nr_bitmap_blocks = cpu_to_le32(zmd->nr_bitmap_blocks);

 sb->crc = 0;
 sb->crc = cpu_to_le32(crc32_le(sb_gen, (unsigned char *)sb, DMZ_BLOCK_SIZE));

 ret = dmz_rdwr_block(dev, REQ_OP_WRITE, zmd->sb[set].block,
        mblk->page);
 if (ret == 0)
  ret = blkdev_issue_flush(dev->bdev);

 return ret;
}

/*
 * Write dirty metadata blocks to the specified set.
 */
static int dmz_write_dirty_mblocks(struct dmz_metadata *zmd,
       struct list_head *write_list,
       unsigned int set)
{
 struct dmz_mblock *mblk;
 struct dmz_dev *dev = zmd->sb[set].dev;
 struct blk_plug plug;
 int ret = 0, nr_mblks_submitted = 0;

 /* Issue writes */
 blk_start_plug(&plug);
 list_for_each_entry(mblk, write_list, link) {
  ret = dmz_write_mblock(zmd, mblk, set);
  if (ret)
   break;
  nr_mblks_submitted++;
 }
 blk_finish_plug(&plug);

 /* Wait for completion */
 list_for_each_entry(mblk, write_list, link) {
  if (!nr_mblks_submitted)
   break;
  wait_on_bit_io(&mblk->state, DMZ_META_WRITING,
          TASK_UNINTERRUPTIBLE);
  if (test_bit(DMZ_META_ERROR, &mblk->state)) {
   clear_bit(DMZ_META_ERROR, &mblk->state);
   dmz_check_bdev(dev);
   ret = -EIO;
  }
  nr_mblks_submitted--;
 }

 /* Flush drive cache (this will also sync data) */
 if (ret == 0)
  ret = blkdev_issue_flush(dev->bdev);

 return ret;
}

/*
 * Log dirty metadata blocks.
 */
static int dmz_log_dirty_mblocks(struct dmz_metadata *zmd,
     struct list_head *write_list)
{
 unsigned int log_set = zmd->mblk_primary ^ 0x1;
 int ret;

 /* Write dirty blocks to the log */
 ret = dmz_write_dirty_mblocks(zmd, write_list, log_set);
 if (ret)
  return ret;

 /*
 * No error so far: now validate the log by updating the
 * log index super block generation.
 */
 ret = dmz_write_sb(zmd, log_set);
 if (ret)
  return ret;

 return 0;
}

/*
 * Flush dirty metadata blocks.
 */
int dmz_flush_metadata(struct dmz_metadata *zmd)
{
 struct dmz_mblock *mblk;
 struct list_head write_list;
 struct dmz_dev *dev;
 int ret;

 if (WARN_ON(!zmd))
  return 0;

 INIT_LIST_HEAD(&write_list);

 /*
 * Make sure that metadata blocks are stable before logging: take
 * the write lock on the metadata semaphore to prevent target BIOs
 * from modifying metadata.
 */
 down_write(&zmd->mblk_sem);
 dev = zmd->sb[zmd->mblk_primary].dev;

 /*
 * This is called from the target flush work and reclaim work.
 * Concurrent execution is not allowed.
 */
 dmz_lock_flush(zmd);

 if (dmz_bdev_is_dying(dev)) {
  ret = -EIO;
  goto out;
 }

 /* Get dirty blocks */
 spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 list_splice_init(&zmd->mblk_dirty_list, &write_list);
 spin_unlock(&zmd->mblk_lock);

 /* If there are no dirty metadata blocks, just flush the device cache */
 if (list_empty(&write_list)) {
  ret = blkdev_issue_flush(dev->bdev);
  goto err;
 }

 /*
 * The primary metadata set is still clean. Keep it this way until
 * all updates are successful in the secondary set. That is, use
 * the secondary set as a log.
 */
 ret = dmz_log_dirty_mblocks(zmd, &write_list);
 if (ret)
  goto err;

 /*
 * The log is on disk. It is now safe to update in place
 * in the primary metadata set.
 */
 ret = dmz_write_dirty_mblocks(zmd, &write_list, zmd->mblk_primary);
 if (ret)
  goto err;

 ret = dmz_write_sb(zmd, zmd->mblk_primary);
 if (ret)
  goto err;

 while (!list_empty(&write_list)) {
  mblk = list_first_entry(&write_list, struct dmz_mblock, link);
  list_del_init(&mblk->link);

  spin_lock(&zmd->mblk_lock);
  clear_bit(DMZ_META_DIRTY, &mblk->state);
  if (mblk->ref == 0)
   list_add_tail(&mblk->link, &zmd->mblk_lru_list);
  spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 }

 zmd->sb_gen++;
out:
 dmz_unlock_flush(zmd);
 up_write(&zmd->mblk_sem);

 return ret;

err:
 if (!list_empty(&write_list)) {
  spin_lock(&zmd->mblk_lock);
  list_splice(&write_list, &zmd->mblk_dirty_list);
  spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 }
 if (!dmz_check_bdev(dev))
  ret = -EIO;
 goto out;
}

/*
 * Check super block.
 */
static int dmz_check_sb(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_sb *dsb,
   bool tertiary)
{
 struct dmz_super *sb = dsb->sb;
 struct dmz_dev *dev = dsb->dev;
 unsigned int nr_meta_zones, nr_data_zones;
 u32 crc, stored_crc;
 u64 gen, sb_block;

 if (le32_to_cpu(sb->magic) != DMZ_MAGIC) {
  dmz_dev_err(dev, "Invalid meta magic (needed 0x%08x, got 0x%08x)",
       DMZ_MAGIC, le32_to_cpu(sb->magic));
  return -ENXIO;
 }

 zmd->sb_version = le32_to_cpu(sb->version);
 if (zmd->sb_version > DMZ_META_VER) {
  dmz_dev_err(dev, "Invalid meta version (needed %d, got %d)",
       DMZ_META_VER, zmd->sb_version);
  return -EINVAL;
 }
 if (zmd->sb_version < 2 && tertiary) {
  dmz_dev_err(dev, "Tertiary superblocks are not supported");
  return -EINVAL;
 }

 gen = le64_to_cpu(sb->gen);
 stored_crc = le32_to_cpu(sb->crc);
 sb->crc = 0;
 crc = crc32_le(gen, (unsigned char *)sb, DMZ_BLOCK_SIZE);
 if (crc != stored_crc) {
  dmz_dev_err(dev, "Invalid checksum (needed 0x%08x, got 0x%08x)",
       crc, stored_crc);
  return -ENXIO;
 }

 sb_block = le64_to_cpu(sb->sb_block);
 if (sb_block != (u64)dsb->zone->id << zmd->zone_nr_blocks_shift) {
  dmz_dev_err(dev, "Invalid superblock position (is %llu expected %llu)",
       sb_block, (u64)dsb->zone->id << zmd->zone_nr_blocks_shift);
  return -EINVAL;
 }
 if (zmd->sb_version > 1) {
  uuid_t sb_uuid;

  import_uuid(&sb_uuid, sb->dmz_uuid);
  if (uuid_is_null(&sb_uuid)) {
   dmz_dev_err(dev, "NULL DM-Zoned uuid");
   return -ENXIO;
  } else if (uuid_is_null(&zmd->uuid)) {
   uuid_copy(&zmd->uuid, &sb_uuid);
  } else if (!uuid_equal(&zmd->uuid, &sb_uuid)) {
   dmz_dev_err(dev, "mismatching DM-Zoned uuid, is %pUl expected %pUl",
        &sb_uuid, &zmd->uuid);
   return -ENXIO;
  }
  if (!strlen(zmd->label))
   memcpy(zmd->label, sb->dmz_label, BDEVNAME_SIZE);
  else if (memcmp(zmd->label, sb->dmz_label, BDEVNAME_SIZE)) {
   dmz_dev_err(dev, "mismatching DM-Zoned label, is %s expected %s",
        sb->dmz_label, zmd->label);
   return -ENXIO;
  }
  import_uuid(&dev->uuid, sb->dev_uuid);
  if (uuid_is_null(&dev->uuid)) {
   dmz_dev_err(dev, "NULL device uuid");
   return -ENXIO;
  }

  if (tertiary) {
   /*
 * Generation number should be 0, but it doesn't
 * really matter if it isn't.
 */
   if (gen != 0)
    dmz_dev_warn(dev, "Invalid generation %llu",
         gen);
   return 0;
  }
 }

 nr_meta_zones = (le32_to_cpu(sb->nr_meta_blocks) + zmd->zone_nr_blocks - 1)
  >> zmd->zone_nr_blocks_shift;
 if (!nr_meta_zones ||
     (zmd->nr_devs <= 1 && nr_meta_zones >= zmd->nr_rnd_zones) ||
     (zmd->nr_devs > 1 && nr_meta_zones >= zmd->nr_cache_zones)) {
  dmz_dev_err(dev, "Invalid number of metadata blocks");
  return -ENXIO;
 }

 if (!le32_to_cpu(sb->nr_reserved_seq) ||
     le32_to_cpu(sb->nr_reserved_seq) >= (zmd->nr_useable_zones - nr_meta_zones)) {
  dmz_dev_err(dev, "Invalid number of reserved sequential zones");
  return -ENXIO;
 }

 nr_data_zones = zmd->nr_useable_zones -
  (nr_meta_zones * 2 + le32_to_cpu(sb->nr_reserved_seq));
 if (le32_to_cpu(sb->nr_chunks) > nr_data_zones) {
  dmz_dev_err(dev, "Invalid number of chunks %u / %u",
       le32_to_cpu(sb->nr_chunks), nr_data_zones);
  return -ENXIO;
 }

 /* OK */
 zmd->nr_meta_blocks = le32_to_cpu(sb->nr_meta_blocks);
 zmd->nr_reserved_seq = le32_to_cpu(sb->nr_reserved_seq);
 zmd->nr_chunks = le32_to_cpu(sb->nr_chunks);
 zmd->nr_map_blocks = le32_to_cpu(sb->nr_map_blocks);
 zmd->nr_bitmap_blocks = le32_to_cpu(sb->nr_bitmap_blocks);
 zmd->nr_meta_zones = nr_meta_zones;
 zmd->nr_data_zones = nr_data_zones;

 return 0;
}

/*
 * Read the first or second super block from disk.
 */
static int dmz_read_sb(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_sb *sb, int set)
{
 dmz_zmd_debug(zmd, "read superblock set %d dev %pg block %llu",
        set, sb->dev->bdev, sb->block);

 return dmz_rdwr_block(sb->dev, REQ_OP_READ,
         sb->block, sb->mblk->page);
}

/*
 * Determine the position of the secondary super blocks on disk.
 * This is used only if a corruption of the primary super block
 * is detected.
 */
static int dmz_lookup_secondary_sb(struct dmz_metadata *zmd)
{
 unsigned int zone_nr_blocks = zmd->zone_nr_blocks;
 struct dmz_mblock *mblk;
 unsigned int zone_id = zmd->sb[0].zone->id;
 int i;

 /* Allocate a block */
 mblk = dmz_alloc_mblock(zmd, 0);
 if (!mblk)
  return -ENOMEM;

 zmd->sb[1].mblk = mblk;
 zmd->sb[1].sb = mblk->data;

 /* Bad first super block: search for the second one */
 zmd->sb[1].block = zmd->sb[0].block + zone_nr_blocks;
 zmd->sb[1].zone = dmz_get(zmd, zone_id + 1);
 zmd->sb[1].dev = zmd->sb[0].dev;
 for (i = 1; i < zmd->nr_rnd_zones; i++) {
  if (dmz_read_sb(zmd, &zmd->sb[1], 1) != 0)
   break;
  if (le32_to_cpu(zmd->sb[1].sb->magic) == DMZ_MAGIC)
   return 0;
  zmd->sb[1].block += zone_nr_blocks;
  zmd->sb[1].zone = dmz_get(zmd, zone_id + i);
 }

 dmz_free_mblock(zmd, mblk);
 zmd->sb[1].mblk = NULL;
 zmd->sb[1].zone = NULL;
 zmd->sb[1].dev = NULL;

 return -EIO;
}

/*
 * Read a super block from disk.
 */
static int dmz_get_sb(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_sb *sb, int set)
{
 struct dmz_mblock *mblk;
 int ret;

 /* Allocate a block */
 mblk = dmz_alloc_mblock(zmd, 0);
 if (!mblk)
  return -ENOMEM;

 sb->mblk = mblk;
 sb->sb = mblk->data;

 /* Read super block */
 ret = dmz_read_sb(zmd, sb, set);
 if (ret) {
  dmz_free_mblock(zmd, mblk);
  sb->mblk = NULL;
  return ret;
 }

 return 0;
}

/*
 * Recover a metadata set.
 */
static int dmz_recover_mblocks(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int dst_set)
{
 unsigned int src_set = dst_set ^ 0x1;
 struct page *page;
 int i, ret;

 dmz_dev_warn(zmd->sb[dst_set].dev,
       "Metadata set %u invalid: recovering", dst_set);

 if (dst_set == 0)
  zmd->sb[0].block = dmz_start_block(zmd, zmd->sb[0].zone);
 else
  zmd->sb[1].block = dmz_start_block(zmd, zmd->sb[1].zone);

 page = alloc_page(GFP_NOIO);
 if (!page)
  return -ENOMEM;

 /* Copy metadata blocks */
 for (i = 1; i < zmd->nr_meta_blocks; i++) {
  ret = dmz_rdwr_block(zmd->sb[src_set].dev, REQ_OP_READ,
         zmd->sb[src_set].block + i, page);
  if (ret)
   goto out;
  ret = dmz_rdwr_block(zmd->sb[dst_set].dev, REQ_OP_WRITE,
         zmd->sb[dst_set].block + i, page);
  if (ret)
   goto out;
 }

 /* Finalize with the super block */
 if (!zmd->sb[dst_set].mblk) {
  zmd->sb[dst_set].mblk = dmz_alloc_mblock(zmd, 0);
  if (!zmd->sb[dst_set].mblk) {
   ret = -ENOMEM;
   goto out;
  }
  zmd->sb[dst_set].sb = zmd->sb[dst_set].mblk->data;
 }

 ret = dmz_write_sb(zmd, dst_set);
out:
 __free_pages(page, 0);

 return ret;
}

/*
 * Get super block from disk.
 */
static int dmz_load_sb(struct dmz_metadata *zmd)
{
 bool sb_good[2] = {false, false};
 u64 sb_gen[2] = {0, 0};
 int ret;

 if (!zmd->sb[0].zone) {
  dmz_zmd_err(zmd, "Primary super block zone not set");
  return -ENXIO;
 }

 /* Read and check the primary super block */
 zmd->sb[0].block = dmz_start_block(zmd, zmd->sb[0].zone);
 zmd->sb[0].dev = zmd->sb[0].zone->dev;
 ret = dmz_get_sb(zmd, &zmd->sb[0], 0);
 if (ret) {
  dmz_dev_err(zmd->sb[0].dev, "Read primary super block failed");
  return ret;
 }

 ret = dmz_check_sb(zmd, &zmd->sb[0], false);

 /* Read and check secondary super block */
 if (ret == 0) {
  sb_good[0] = true;
  if (!zmd->sb[1].zone) {
   unsigned int zone_id =
    zmd->sb[0].zone->id + zmd->nr_meta_zones;

   zmd->sb[1].zone = dmz_get(zmd, zone_id);
  }
  zmd->sb[1].block = dmz_start_block(zmd, zmd->sb[1].zone);
  zmd->sb[1].dev = zmd->sb[0].dev;
  ret = dmz_get_sb(zmd, &zmd->sb[1], 1);
 } else
  ret = dmz_lookup_secondary_sb(zmd);

 if (ret) {
  dmz_dev_err(zmd->sb[1].dev, "Read secondary super block failed");
  return ret;
 }

 ret = dmz_check_sb(zmd, &zmd->sb[1], false);
 if (ret == 0)
  sb_good[1] = true;

 /* Use highest generation sb first */
 if (!sb_good[0] && !sb_good[1]) {
  dmz_zmd_err(zmd, "No valid super block found");
  return -EIO;
 }

 if (sb_good[0])
  sb_gen[0] = le64_to_cpu(zmd->sb[0].sb->gen);
 else {
  ret = dmz_recover_mblocks(zmd, 0);
  if (ret) {
   dmz_dev_err(zmd->sb[0].dev,
        "Recovery of superblock 0 failed");
   return -EIO;
  }
 }

 if (sb_good[1])
  sb_gen[1] = le64_to_cpu(zmd->sb[1].sb->gen);
 else {
  ret = dmz_recover_mblocks(zmd, 1);

  if (ret) {
   dmz_dev_err(zmd->sb[1].dev,
        "Recovery of superblock 1 failed");
   return -EIO;
  }
 }

 if (sb_gen[0] >= sb_gen[1]) {
  zmd->sb_gen = sb_gen[0];
  zmd->mblk_primary = 0;
 } else {
  zmd->sb_gen = sb_gen[1];
  zmd->mblk_primary = 1;
 }

 dmz_dev_debug(zmd->sb[zmd->mblk_primary].dev,
        "Using super block %u (gen %llu)",
        zmd->mblk_primary, zmd->sb_gen);

 if (zmd->sb_version > 1) {
  int i;
  struct dmz_sb *sb;

  sb = kzalloc(sizeof(struct dmz_sb), GFP_KERNEL);
  if (!sb)
   return -ENOMEM;
  for (i = 1; i < zmd->nr_devs; i++) {
   sb->block = 0;
   sb->zone = dmz_get(zmd, zmd->dev[i].zone_offset);
   sb->dev = &zmd->dev[i];
   if (!dmz_is_meta(sb->zone)) {
    dmz_dev_err(sb->dev,
         "Tertiary super block zone %u not marked as metadata zone",
         sb->zone->id);
    ret = -EINVAL;
    goto out_kfree;
   }
   ret = dmz_get_sb(zmd, sb, i + 1);
   if (ret) {
    dmz_dev_err(sb->dev,
         "Read tertiary super block failed");
    dmz_free_mblock(zmd, sb->mblk);
    goto out_kfree;
   }
   ret = dmz_check_sb(zmd, sb, true);
   dmz_free_mblock(zmd, sb->mblk);
   if (ret == -EINVAL)
    goto out_kfree;
  }
out_kfree:
  kfree(sb);
 }
 return ret;
}

/*
 * Initialize a zone descriptor.
 */
static int dmz_init_zone(struct blk_zone *blkz, unsigned int num, void *data)
{
 struct dmz_dev *dev = data;
 struct dmz_metadata *zmd = dev->metadata;
 int idx = num + dev->zone_offset;
 struct dm_zone *zone;

 zone = dmz_insert(zmd, idx, dev);
 if (IS_ERR(zone))
  return PTR_ERR(zone);

 if (blkz->len != zmd->zone_nr_sectors) {
  if (zmd->sb_version > 1) {
   /* Ignore the eventual runt (smaller) zone */
   set_bit(DMZ_OFFLINE, &zone->flags);
   return 0;
  } else if (blkz->start + blkz->len == dev->capacity)
   return 0;
  return -ENXIO;
 }

 /*
 * Devices that have zones with a capacity smaller than the zone size
 * (e.g. NVMe zoned namespaces) are not supported.
 */
 if (blkz->capacity != blkz->len)
  return -ENXIO;

 switch (blkz->type) {
 case BLK_ZONE_TYPE_CONVENTIONAL:
  set_bit(DMZ_RND, &zone->flags);
  break;
 case BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ:
 case BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_PREF:
  set_bit(DMZ_SEQ, &zone->flags);
  break;
 default:
  return -ENXIO;
 }

 if (dmz_is_rnd(zone))
  zone->wp_block = 0;
 else
  zone->wp_block = dmz_sect2blk(blkz->wp - blkz->start);

 if (blkz->cond == BLK_ZONE_COND_OFFLINE)
  set_bit(DMZ_OFFLINE, &zone->flags);
 else if (blkz->cond == BLK_ZONE_COND_READONLY)
  set_bit(DMZ_READ_ONLY, &zone->flags);
 else {
  zmd->nr_useable_zones++;
  if (dmz_is_rnd(zone)) {
   zmd->nr_rnd_zones++;
   if (zmd->nr_devs == 1 && !zmd->sb[0].zone) {
    /* Primary super block zone */
    zmd->sb[0].zone = zone;
   }
  }
  if (zmd->nr_devs > 1 && num == 0) {
   /*
 * Tertiary superblock zones are always at the
 * start of the zoned devices, so mark them
 * as metadata zone.
 */
   set_bit(DMZ_META, &zone->flags);
  }
 }
 return 0;
}

static int dmz_emulate_zones(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_dev *dev)
{
 int idx;
 sector_t zone_offset = 0;

 for (idx = 0; idx < dev->nr_zones; idx++) {
  struct dm_zone *zone;

  zone = dmz_insert(zmd, idx, dev);
  if (IS_ERR(zone))
   return PTR_ERR(zone);
  set_bit(DMZ_CACHE, &zone->flags);
  zone->wp_block = 0;
  zmd->nr_cache_zones++;
  zmd->nr_useable_zones++;
  if (dev->capacity - zone_offset < zmd->zone_nr_sectors) {
   /* Disable runt zone */
   set_bit(DMZ_OFFLINE, &zone->flags);
   break;
  }
  zone_offset += zmd->zone_nr_sectors;
 }
 return 0;
}

/*
 * Free zones descriptors.
 */
static void dmz_drop_zones(struct dmz_metadata *zmd)
{
 int idx;

 for (idx = 0; idx < zmd->nr_zones; idx++) {
  struct dm_zone *zone = xa_load(&zmd->zones, idx);

  kfree(zone);
  xa_erase(&zmd->zones, idx);
 }
 xa_destroy(&zmd->zones);
}

/*
 * Allocate and initialize zone descriptors using the zone
 * information from disk.
 */
static int dmz_init_zones(struct dmz_metadata *zmd)
{
 int i, ret;
 struct dmz_dev *zoned_dev = &zmd->dev[0];

 /* Init */
 zmd->zone_nr_sectors = zmd->dev[0].zone_nr_sectors;
 zmd->zone_nr_sectors_shift = ilog2(zmd->zone_nr_sectors);
 zmd->zone_nr_blocks = dmz_sect2blk(zmd->zone_nr_sectors);
 zmd->zone_nr_blocks_shift = ilog2(zmd->zone_nr_blocks);
 zmd->zone_bitmap_size = zmd->zone_nr_blocks >> 3;
 zmd->zone_nr_bitmap_blocks =
  max_t(sector_t, 1, zmd->zone_bitmap_size >> DMZ_BLOCK_SHIFT);
 zmd->zone_bits_per_mblk = min_t(sector_t, zmd->zone_nr_blocks,
     DMZ_BLOCK_SIZE_BITS);

 /* Allocate zone array */
 zmd->nr_zones = 0;
 for (i = 0; i < zmd->nr_devs; i++) {
  struct dmz_dev *dev = &zmd->dev[i];

  dev->metadata = zmd;
  zmd->nr_zones += dev->nr_zones;

  atomic_set(&dev->unmap_nr_rnd, 0);
  INIT_LIST_HEAD(&dev->unmap_rnd_list);
  INIT_LIST_HEAD(&dev->map_rnd_list);

  atomic_set(&dev->unmap_nr_seq, 0);
  INIT_LIST_HEAD(&dev->unmap_seq_list);
  INIT_LIST_HEAD(&dev->map_seq_list);
 }

 if (!zmd->nr_zones) {
  DMERR("(%s): No zones found", zmd->devname);
  return -ENXIO;
 }
 xa_init(&zmd->zones);

 DMDEBUG("(%s): Using %zu B for zone information",
  zmd->devname, sizeof(struct dm_zone) * zmd->nr_zones);

 if (zmd->nr_devs > 1) {
  ret = dmz_emulate_zones(zmd, &zmd->dev[0]);
  if (ret < 0) {
   DMDEBUG("(%s): Failed to emulate zones, error %d",
    zmd->devname, ret);
   dmz_drop_zones(zmd);
   return ret;
  }

  /*
 * Primary superblock zone is always at zone 0 when multiple
 * drives are present.
 */
  zmd->sb[0].zone = dmz_get(zmd, 0);

  for (i = 1; i < zmd->nr_devs; i++) {
   zoned_dev = &zmd->dev[i];

   ret = blkdev_report_zones(zoned_dev->bdev, 0,
        BLK_ALL_ZONES,
        dmz_init_zone, zoned_dev);
   if (ret < 0) {
    DMDEBUG("(%s): Failed to report zones, error %d",
     zmd->devname, ret);
    dmz_drop_zones(zmd);
    return ret;
   }
  }
  return 0;
 }

 /*
 * Get zone information and initialize zone descriptors.  At the same
 * time, determine where the super block should be: first block of the
 * first randomly writable zone.
 */
 ret = blkdev_report_zones(zoned_dev->bdev, 0, BLK_ALL_ZONES,
      dmz_init_zone, zoned_dev);
 if (ret < 0) {
  DMDEBUG("(%s): Failed to report zones, error %d",
   zmd->devname, ret);
  dmz_drop_zones(zmd);
  return ret;
 }

 return 0;
}

static int dmz_update_zone_cb(struct blk_zone *blkz, unsigned int idx,
         void *data)
{
 struct dm_zone *zone = data;

 clear_bit(DMZ_OFFLINE, &zone->flags);
 clear_bit(DMZ_READ_ONLY, &zone->flags);
 if (blkz->cond == BLK_ZONE_COND_OFFLINE)
  set_bit(DMZ_OFFLINE, &zone->flags);
 else if (blkz->cond == BLK_ZONE_COND_READONLY)
  set_bit(DMZ_READ_ONLY, &zone->flags);

 if (dmz_is_seq(zone))
  zone->wp_block = dmz_sect2blk(blkz->wp - blkz->start);
 else
  zone->wp_block = 0;
 return 0;
}

/*
 * Update a zone information.
 */
static int dmz_update_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
{
 struct dmz_dev *dev = zone->dev;
 unsigned int noio_flag;
 int ret;

 if (dev->flags & DMZ_BDEV_REGULAR)
  return 0;

 /*
 * Get zone information from disk. Since blkdev_report_zones() uses
 * GFP_KERNEL by default for memory allocations, set the per-task
 * PF_MEMALLOC_NOIO flag so that all allocations are done as if
 * GFP_NOIO was specified.
 */
 noio_flag = memalloc_noio_save();
 ret = blkdev_report_zones(dev->bdev, dmz_start_sect(zmd, zone), 1,
      dmz_update_zone_cb, zone);
 memalloc_noio_restore(noio_flag);

 if (ret == 0)
  ret = -EIO;
 if (ret < 0) {
  dmz_dev_err(dev, "Get zone %u report failed",
       zone->id);
  dmz_check_bdev(dev);
  return ret;
 }

 return 0;
}

/*
 * Check a zone write pointer position when the zone is marked
 * with the sequential write error flag.
 */
static int dmz_handle_seq_write_err(struct dmz_metadata *zmd,
        struct dm_zone *zone)
{
 struct dmz_dev *dev = zone->dev;
 unsigned int wp = 0;
 int ret;

 wp = zone->wp_block;
 ret = dmz_update_zone(zmd, zone);
 if (ret)
  return ret;

 dmz_dev_warn(dev, "Processing zone %u write error (zone wp %u/%u)",
       zone->id, zone->wp_block, wp);

 if (zone->wp_block < wp) {
  dmz_invalidate_blocks(zmd, zone, zone->wp_block,
          wp - zone->wp_block);
 }

 return 0;
}

/*
 * Reset a zone write pointer.
 */
static int dmz_reset_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
{
 int ret;

 /*
 * Ignore offline zones, read only zones,
 * and conventional zones.
 */
 if (dmz_is_offline(zone) ||
     dmz_is_readonly(zone) ||
     dmz_is_rnd(zone))
  return 0;

 if (!dmz_is_empty(zone) || dmz_seq_write_err(zone)) {
  struct dmz_dev *dev = zone->dev;
  unsigned int noio_flag;

  noio_flag = memalloc_noio_save();
  ret = blkdev_zone_mgmt(dev->bdev, REQ_OP_ZONE_RESET,
           dmz_start_sect(zmd, zone),
           zmd->zone_nr_sectors);
  memalloc_noio_restore(noio_flag);
  if (ret) {
   dmz_dev_err(dev, "Reset zone %u failed %d",
        zone->id, ret);
   return ret;
  }
 }

 /* Clear write error bit and rewind write pointer position */
 clear_bit(DMZ_SEQ_WRITE_ERR, &zone->flags);
 zone->wp_block = 0;

 return 0;
}

static void dmz_get_zone_weight(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone);

/*
 * Initialize chunk mapping.
 */
static int dmz_load_mapping(struct dmz_metadata *zmd)
{
 struct dm_zone *dzone, *bzone;
 struct dmz_mblock *dmap_mblk = NULL;
 struct dmz_map *dmap;
 unsigned int i = 0, e = 0, chunk = 0;
 unsigned int dzone_id;
 unsigned int bzone_id;

 /* Metadata block array for the chunk mapping table */
 zmd->map_mblk = kcalloc(zmd->nr_map_blocks,
    sizeof(struct dmz_mblk *), GFP_KERNEL);
 if (!zmd->map_mblk)
  return -ENOMEM;

 /* Get chunk mapping table blocks and initialize zone mapping */
 while (chunk < zmd->nr_chunks) {
  if (!dmap_mblk) {
   /* Get mapping block */
   dmap_mblk = dmz_get_mblock(zmd, i + 1);
   if (IS_ERR(dmap_mblk))
    return PTR_ERR(dmap_mblk);
   zmd->map_mblk[i] = dmap_mblk;
   dmap = dmap_mblk->data;
   i++;
   e = 0;
  }

  /* Check data zone */
  dzone_id = le32_to_cpu(dmap[e].dzone_id);
  if (dzone_id == DMZ_MAP_UNMAPPED)
   goto next;

  if (dzone_id >= zmd->nr_zones) {
   dmz_zmd_err(zmd, "Chunk %u mapping: invalid data zone ID %u",
        chunk, dzone_id);
   return -EIO;
  }

  dzone = dmz_get(zmd, dzone_id);
  if (!dzone) {
   dmz_zmd_err(zmd, "Chunk %u mapping: data zone %u not present",
        chunk, dzone_id);
   return -EIO;
  }
  set_bit(DMZ_DATA, &dzone->flags);
  dzone->chunk = chunk;
  dmz_get_zone_weight(zmd, dzone);

  if (dmz_is_cache(dzone))
   list_add_tail(&dzone->link, &zmd->map_cache_list);
  else if (dmz_is_rnd(dzone))
   list_add_tail(&dzone->link, &dzone->dev->map_rnd_list);
  else
   list_add_tail(&dzone->link, &dzone->dev->map_seq_list);

  /* Check buffer zone */
  bzone_id = le32_to_cpu(dmap[e].bzone_id);
  if (bzone_id == DMZ_MAP_UNMAPPED)
   goto next;

  if (bzone_id >= zmd->nr_zones) {
   dmz_zmd_err(zmd, "Chunk %u mapping: invalid buffer zone ID %u",
        chunk, bzone_id);
   return -EIO;
  }

  bzone = dmz_get(zmd, bzone_id);
  if (!bzone) {
   dmz_zmd_err(zmd, "Chunk %u mapping: buffer zone %u not present",
        chunk, bzone_id);
   return -EIO;
  }
  if (!dmz_is_rnd(bzone) && !dmz_is_cache(bzone)) {
   dmz_zmd_err(zmd, "Chunk %u mapping: invalid buffer zone %u",
        chunk, bzone_id);
   return -EIO;
  }

  set_bit(DMZ_DATA, &bzone->flags);
  set_bit(DMZ_BUF, &bzone->flags);
  bzone->chunk = chunk;
  bzone->bzone = dzone;
  dzone->bzone = bzone;
  dmz_get_zone_weight(zmd, bzone);
  if (dmz_is_cache(bzone))
   list_add_tail(&bzone->link, &zmd->map_cache_list);
  else
   list_add_tail(&bzone->link, &bzone->dev->map_rnd_list);
next:
  chunk++;
  e++;
  if (e >= DMZ_MAP_ENTRIES)
   dmap_mblk = NULL;
 }

 /*
 * At this point, only meta zones and mapped data zones were
 * fully initialized. All remaining zones are unmapped data
 * zones. Finish initializing those here.
 */
 for (i = 0; i < zmd->nr_zones; i++) {
  dzone = dmz_get(zmd, i);
  if (!dzone)
   continue;
  if (dmz_is_meta(dzone))
   continue;
  if (dmz_is_offline(dzone))
   continue;

  if (dmz_is_cache(dzone))
   zmd->nr_cache++;
  else if (dmz_is_rnd(dzone))
   dzone->dev->nr_rnd++;
  else
   dzone->dev->nr_seq++;

  if (dmz_is_data(dzone)) {
   /* Already initialized */
   continue;
  }

  /* Unmapped data zone */
  set_bit(DMZ_DATA, &dzone->flags);
  dzone->chunk = DMZ_MAP_UNMAPPED;
  if (dmz_is_cache(dzone)) {
   list_add_tail(&dzone->link, &zmd->unmap_cache_list);
   atomic_inc(&zmd->unmap_nr_cache);
  } else if (dmz_is_rnd(dzone)) {
   list_add_tail(&dzone->link,
          &dzone->dev->unmap_rnd_list);
   atomic_inc(&dzone->dev->unmap_nr_rnd);
  } else if (atomic_read(&zmd->nr_reserved_seq_zones) < zmd->nr_reserved_seq) {
   list_add_tail(&dzone->link, &zmd->reserved_seq_zones_list);
   set_bit(DMZ_RESERVED, &dzone->flags);
   atomic_inc(&zmd->nr_reserved_seq_zones);
   dzone->dev->nr_seq--;
  } else {
   list_add_tail(&dzone->link,
          &dzone->dev->unmap_seq_list);
   atomic_inc(&dzone->dev->unmap_nr_seq);
  }
 }

 return 0;
}

/*
 * Set a data chunk mapping.
 */
static void dmz_set_chunk_mapping(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int chunk,
      unsigned int dzone_id, unsigned int bzone_id)
{
 struct dmz_mblock *dmap_mblk = zmd->map_mblk[chunk >> DMZ_MAP_ENTRIES_SHIFT];
 struct dmz_map *dmap = dmap_mblk->data;
 int map_idx = chunk & DMZ_MAP_ENTRIES_MASK;

 dmap[map_idx].dzone_id = cpu_to_le32(dzone_id);
 dmap[map_idx].bzone_id = cpu_to_le32(bzone_id);
 dmz_dirty_mblock(zmd, dmap_mblk);
}

/*
 * The list of mapped zones is maintained in LRU order.
 * This rotates a zone at the end of its map list.
 */
static void __dmz_lru_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
{
 if (list_empty(&zone->link))
  return;

 list_del_init(&zone->link);
 if (dmz_is_seq(zone)) {
  /* LRU rotate sequential zone */
  list_add_tail(&zone->link, &zone->dev->map_seq_list);
 } else if (dmz_is_cache(zone)) {
  /* LRU rotate cache zone */
  list_add_tail(&zone->link, &zmd->map_cache_list);
 } else {
  /* LRU rotate random zone */
  list_add_tail(&zone->link, &zone->dev->map_rnd_list);
 }
}

/*
 * The list of mapped random zones is maintained
 * in LRU order. This rotates a zone at the end of the list.
 */
static void dmz_lru_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
{
 __dmz_lru_zone(zmd, zone);
 if (zone->bzone)
  __dmz_lru_zone(zmd, zone->bzone);
}

/*
 * Wait for any zone to be freed.
 */
static void dmz_wait_for_free_zones(struct dmz_metadata *zmd)
{
 DEFINE_WAIT(wait);

 prepare_to_wait(&zmd->free_wq, &wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 dmz_unlock_map(zmd);
 dmz_unlock_metadata(zmd);

 io_schedule_timeout(HZ);

 dmz_lock_metadata(zmd);
 dmz_lock_map(zmd);
 finish_wait(&zmd->free_wq, &wait);
}

/*
 * Lock a zone for reclaim (set the zone RECLAIM bit).
 * Returns false if the zone cannot be locked or if it is already locked
 * and 1 otherwise.
 */
int dmz_lock_zone_reclaim(struct dm_zone *zone)
{
 /* Active zones cannot be reclaimed */
 if (dmz_is_active(zone))
  return 0;

 return !test_and_set_bit(DMZ_RECLAIM, &zone->flags);
}

/*
 * Clear a zone reclaim flag.
 */
void dmz_unlock_zone_reclaim(struct dm_zone *zone)
{
 WARN_ON(dmz_is_active(zone));
 WARN_ON(!dmz_in_reclaim(zone));

 clear_bit_unlock(DMZ_RECLAIM, &zone->flags);
 smp_mb__after_atomic();
 wake_up_bit(&zone->flags, DMZ_RECLAIM);
}

/*
 * Wait for a zone reclaim to complete.
 */
static void dmz_wait_for_reclaim(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
{
 dmz_unlock_map(zmd);
 dmz_unlock_metadata(zmd);
 set_bit(DMZ_RECLAIM_TERMINATE, &zone->flags);
 wait_on_bit_timeout(&zone->flags, DMZ_RECLAIM, TASK_UNINTERRUPTIBLE, HZ);
 clear_bit(DMZ_RECLAIM_TERMINATE, &zone->flags);
 dmz_lock_metadata(zmd);
 dmz_lock_map(zmd);
}

/*
 * Select a cache or random write zone for reclaim.
 */
static struct dm_zone *dmz_get_rnd_zone_for_reclaim(struct dmz_metadata *zmd,
          unsigned int idx, bool idle)
{
 struct dm_zone *dzone = NULL;
 struct dm_zone *zone, *maxw_z = NULL;
 struct list_head *zone_list;

 /* If we have cache zones select from the cache zone list */
 if (zmd->nr_cache) {
  zone_list = &zmd->map_cache_list;
  /* Try to relaim random zones, too, when idle */
  if (idle && list_empty(zone_list))
   zone_list = &zmd->dev[idx].map_rnd_list;
 } else
  zone_list = &zmd->dev[idx].map_rnd_list;

 /*
 * Find the buffer zone with the heaviest weight or the first (oldest)
 * data zone that can be reclaimed.
 */
 list_for_each_entry(zone, zone_list, link) {
  if (dmz_is_buf(zone)) {
   dzone = zone->bzone;
   if (dmz_is_rnd(dzone) && dzone->dev->dev_idx != idx)
    continue;
   if (!maxw_z || maxw_z->weight < dzone->weight)
    maxw_z = dzone;
  } else {
   dzone = zone;
   if (dmz_lock_zone_reclaim(dzone))
    return dzone;
  }
 }

 if (maxw_z && dmz_lock_zone_reclaim(maxw_z))
  return maxw_z;

 /*
 * If we come here, none of the zones inspected could be locked for
 * reclaim. Try again, being more aggressive, that is, find the
 * first zone that can be reclaimed regardless of its weitght.
 */
 list_for_each_entry(zone, zone_list, link) {
  if (dmz_is_buf(zone)) {
   dzone = zone->bzone;
   if (dmz_is_rnd(dzone) && dzone->dev->dev_idx != idx)
    continue;
  } else
   dzone = zone;
  if (dmz_lock_zone_reclaim(dzone))
   return dzone;
 }

 return NULL;
}

/*
 * Select a buffered sequential zone for reclaim.
 */
static struct dm_zone *dmz_get_seq_zone_for_reclaim(struct dmz_metadata *zmd,
          unsigned int idx)
{
 struct dm_zone *zone;

 list_for_each_entry(zone, &zmd->dev[idx].map_seq_list, link) {
  if (!zone->bzone)
   continue;
  if (dmz_lock_zone_reclaim(zone))
   return zone;
 }

 return NULL;
}

/*
 * Select a zone for reclaim.
 */
struct dm_zone *dmz_get_zone_for_reclaim(struct dmz_metadata *zmd,
      unsigned int dev_idx, bool idle)
{
 struct dm_zone *zone = NULL;

 /*
 * Search for a zone candidate to reclaim: 2 cases are possible.
 * (1) There is no free sequential zones. Then a random data zone
 *     cannot be reclaimed. So choose a sequential zone to reclaim so
 *     that afterward a random zone can be reclaimed.
 * (2) At least one free sequential zone is available, then choose
 *     the oldest random zone (data or buffer) that can be locked.
 */
 dmz_lock_map(zmd);
 if (list_empty(&zmd->reserved_seq_zones_list))
  zone = dmz_get_seq_zone_for_reclaim(zmd, dev_idx);
 if (!zone)
  zone = dmz_get_rnd_zone_for_reclaim(zmd, dev_idx, idle);
 dmz_unlock_map(zmd);

 return zone;
}

/*
 * Get the zone mapping a chunk, if the chunk is mapped already.
 * If no mapping exist and the operation is WRITE, a zone is
 * allocated and used to map the chunk.
 * The zone returned will be set to the active state.
 */
struct dm_zone *dmz_get_chunk_mapping(struct dmz_metadata *zmd,
          unsigned int chunk, enum req_op op)
{
 struct dmz_mblock *dmap_mblk = zmd->map_mblk[chunk >> DMZ_MAP_ENTRIES_SHIFT];
 struct dmz_map *dmap = dmap_mblk->data;
 int dmap_idx = chunk & DMZ_MAP_ENTRIES_MASK;
 unsigned int dzone_id;
 struct dm_zone *dzone = NULL;
 int ret = 0;
 int alloc_flags = zmd->nr_cache ? DMZ_ALLOC_CACHE : DMZ_ALLOC_RND;

 dmz_lock_map(zmd);
again:
 /* Get the chunk mapping */
 dzone_id = le32_to_cpu(dmap[dmap_idx].dzone_id);
 if (dzone_id == DMZ_MAP_UNMAPPED) {
  /*
 * Read or discard in unmapped chunks are fine. But for
 * writes, we need a mapping, so get one.
 */
  if (op != REQ_OP_WRITE)
   goto out;

  /* Allocate a random zone */
  dzone = dmz_alloc_zone(zmd, 0, alloc_flags);
  if (!dzone) {
   if (dmz_dev_is_dying(zmd)) {
    dzone = ERR_PTR(-EIO);
    goto out;
   }
   dmz_wait_for_free_zones(zmd);
   goto again;
  }

  dmz_map_zone(zmd, dzone, chunk);

 } else {
  /* The chunk is already mapped: get the mapping zone */
  dzone = dmz_get(zmd, dzone_id);
  if (!dzone) {
   dzone = ERR_PTR(-EIO);
   goto out;
  }
  if (dzone->chunk != chunk) {
   dzone = ERR_PTR(-EIO);
   goto out;
  }

  /* Repair write pointer if the sequential dzone has error */
  if (dmz_seq_write_err(dzone)) {
   ret = dmz_handle_seq_write_err(zmd, dzone);
   if (ret) {
    dzone = ERR_PTR(-EIO);
    goto out;
   }
   clear_bit(DMZ_SEQ_WRITE_ERR, &dzone->flags);
  }
 }

 /*
 * If the zone is being reclaimed, the chunk mapping may change
 * to a different zone. So wait for reclaim and retry. Otherwise,
 * activate the zone (this will prevent reclaim from touching it).
 */
 if (dmz_in_reclaim(dzone)) {
  dmz_wait_for_reclaim(zmd, dzone);
  goto again;
 }
 dmz_activate_zone(dzone);
 dmz_lru_zone(zmd, dzone);
out:
 dmz_unlock_map(zmd);

 return dzone;
}

/*
 * Write and discard change the block validity of data zones and their buffer
 * zones. Check here that valid blocks are still present. If all blocks are
 * invalid, the zones can be unmapped on the fly without waiting for reclaim
 * to do it.
 */
void dmz_put_chunk_mapping(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *dzone)
{
 struct dm_zone *bzone;

 dmz_lock_map(zmd);

 bzone = dzone->bzone;
 if (bzone) {
  if (dmz_weight(bzone))
   dmz_lru_zone(zmd, bzone);
  else {
   /* Empty buffer zone: reclaim it */
   dmz_unmap_zone(zmd, bzone);
   dmz_free_zone(zmd, bzone);
   bzone = NULL;
  }
 }

 /* Deactivate the data zone */
 dmz_deactivate_zone(dzone);
 if (dmz_is_active(dzone) || bzone || dmz_weight(dzone))
  dmz_lru_zone(zmd, dzone);
 else {
  /* Unbuffered inactive empty data zone: reclaim it */
  dmz_unmap_zone(zmd, dzone);
  dmz_free_zone(zmd, dzone);
 }

 dmz_unlock_map(zmd);
}

/*
 * Allocate and map a random zone to buffer a chunk
 * already mapped to a sequential zone.
 */
struct dm_zone *dmz_get_chunk_buffer(struct dmz_metadata *zmd,
         struct dm_zone *dzone)
{
 struct dm_zone *bzone;
 int alloc_flags = zmd->nr_cache ? DMZ_ALLOC_CACHE : DMZ_ALLOC_RND;

 dmz_lock_map(zmd);
again:
 bzone = dzone->bzone;
 if (bzone)
  goto out;

 /* Allocate a random zone */
 bzone = dmz_alloc_zone(zmd, 0, alloc_flags);
 if (!bzone) {
  if (dmz_dev_is_dying(zmd)) {
   bzone = ERR_PTR(-EIO);
   goto out;
  }
  dmz_wait_for_free_zones(zmd);
  goto again;
 }

 /* Update the chunk mapping */
 dmz_set_chunk_mapping(zmd, dzone->chunk, dzone->id, bzone->id);

 set_bit(DMZ_BUF, &bzone->flags);
 bzone->chunk = dzone->chunk;
 bzone->bzone = dzone;
 dzone->bzone = bzone;
 if (dmz_is_cache(bzone))
  list_add_tail(&bzone->link, &zmd->map_cache_list);
 else
  list_add_tail(&bzone->link, &bzone->dev->map_rnd_list);
out:
 dmz_unlock_map(zmd);

 return bzone;
}

/*
 * Get an unmapped (free) zone.
 * This must be called with the mapping lock held.
 */
struct dm_zone *dmz_alloc_zone(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int dev_idx,
          unsigned long flags)
{
 struct list_head *list;
 struct dm_zone *zone;
 int i;

 /* Schedule reclaim to ensure free zones are available */
 if (!(flags & DMZ_ALLOC_RECLAIM)) {
  for (i = 0; i < zmd->nr_devs; i++)
   dmz_schedule_reclaim(zmd->dev[i].reclaim);
 }

 i = 0;
again:
 if (flags & DMZ_ALLOC_CACHE)
  list = &zmd->unmap_cache_list;
 else if (flags & DMZ_ALLOC_RND)
  list = &zmd->dev[dev_idx].unmap_rnd_list;
 else
  list = &zmd->dev[dev_idx].unmap_seq_list;

 if (list_empty(list)) {
  /*
 * No free zone: return NULL if this is for not reclaim.
 */
  if (!(flags & DMZ_ALLOC_RECLAIM))
   return NULL;
  /*
 * Try to allocate from other devices
 */
  if (i < zmd->nr_devs) {
   dev_idx = (dev_idx + 1) % zmd->nr_devs;
   i++;
   goto again;
  }

  /*
 * Fallback to the reserved sequential zones
 */
  zone = list_first_entry_or_null(&zmd->reserved_seq_zones_list,
      struct dm_zone, link);
  if (zone) {
   list_del_init(&zone->link);
   atomic_dec(&zmd->nr_reserved_seq_zones);
  }
  return zone;
 }

 zone = list_first_entry(list, struct dm_zone, link);
 list_del_init(&zone->link);

 if (dmz_is_cache(zone))
  atomic_dec(&zmd->unmap_nr_cache);
 else if (dmz_is_rnd(zone))
  atomic_dec(&zone->dev->unmap_nr_rnd);
 else
  atomic_dec(&zone->dev->unmap_nr_seq);

 if (dmz_is_offline(zone)) {
  dmz_zmd_warn(zmd, "Zone %u is offline", zone->id);
  zone = NULL;
  goto again;
 }
 if (dmz_is_meta(zone)) {
  dmz_zmd_warn(zmd, "Zone %u has metadata", zone->id);
  zone = NULL;
  goto again;
 }
 return zone;
}

/*
 * Free a zone.
 * This must be called with the mapping lock held.
 */
void dmz_free_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
{
 /* If this is a sequential zone, reset it */
 if (dmz_is_seq(zone))
  dmz_reset_zone(zmd, zone);

 /* Return the zone to its type unmap list */
 if (dmz_is_cache(zone)) {
  list_add_tail(&zone->link, &zmd->unmap_cache_list);
  atomic_inc(&zmd->unmap_nr_cache);
 } else if (dmz_is_rnd(zone)) {
  list_add_tail(&zone->link, &zone->dev->unmap_rnd_list);
  atomic_inc(&zone->dev->unmap_nr_rnd);
 } else if (dmz_is_reserved(zone)) {
  list_add_tail(&zone->link, &zmd->reserved_seq_zones_list);
  atomic_inc(&zmd->nr_reserved_seq_zones);
 } else {
  list_add_tail(&zone->link, &zone->dev->unmap_seq_list);
  atomic_inc(&zone->dev->unmap_nr_seq);
 }

 wake_up_all(&zmd->free_wq);
}

/*
 * Map a chunk to a zone.
 * This must be called with the mapping lock held.
 */
void dmz_map_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *dzone,
    unsigned int chunk)
{
 /* Set the chunk mapping */
 dmz_set_chunk_mapping(zmd, chunk, dzone->id,
         DMZ_MAP_UNMAPPED);
 dzone->chunk = chunk;
 if (dmz_is_cache(dzone))
  list_add_tail(&dzone->link, &zmd->map_cache_list);
 else if (dmz_is_rnd(dzone))
  list_add_tail(&dzone->link, &dzone->dev->map_rnd_list);
 else
  list_add_tail(&dzone->link, &dzone->dev->map_seq_list);
}

/*
 * Unmap a zone.
 * This must be called with the mapping lock held.
 */
void dmz_unmap_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
{
 unsigned int chunk = zone->chunk;
 unsigned int dzone_id;

 if (chunk == DMZ_MAP_UNMAPPED) {
  /* Already unmapped */
  return;
 }

 if (test_and_clear_bit(DMZ_BUF, &zone->flags)) {
  /*
 * Unmapping the chunk buffer zone: clear only
 * the chunk buffer mapping
 */
  dzone_id = zone->bzone->id;
  zone->bzone->bzone = NULL;
  zone->bzone = NULL;

 } else {
  /*
 * Unmapping the chunk data zone: the zone must
 * not be buffered.
 */
  if (WARN_ON(zone->bzone)) {
   zone->bzone->bzone = NULL;
   zone->bzone = NULL;
  }
  dzone_id = DMZ_MAP_UNMAPPED;
 }

 dmz_set_chunk_mapping(zmd, chunk, dzone_id, DMZ_MAP_UNMAPPED);

 zone->chunk = DMZ_MAP_UNMAPPED;
 list_del_init(&zone->link);
}

/*
 * Set @nr_bits bits in @bitmap starting from @bit.
 * Return the number of bits changed from 0 to 1.
 */
static unsigned int dmz_set_bits(unsigned long *bitmap,
     unsigned int bit, unsigned int nr_bits)
{
 unsigned long *addr;
 unsigned int end = bit + nr_bits;
 unsigned int n = 0;

 while (bit < end) {
  if (((bit & (BITS_PER_LONG - 1)) == 0) &&
      ((end - bit) >= BITS_PER_LONG)) {
   /* Try to set the whole word at once */
   addr = bitmap + BIT_WORD(bit);
   if (*addr == 0) {
    *addr = ULONG_MAX;
    n += BITS_PER_LONG;
    bit += BITS_PER_LONG;
    continue;
   }
  }

  if (!test_and_set_bit(bit, bitmap))
   n++;
  bit++;
 }

 return n;
}

/*
 * Get the bitmap block storing the bit for chunk_block in zone.
 */
static struct dmz_mblock *dmz_get_bitmap(struct dmz_metadata *zmd,
      struct dm_zone *zone,
      sector_t chunk_block)
{
 sector_t bitmap_block = 1 + zmd->nr_map_blocks +
  (sector_t)(zone->id * zmd->zone_nr_bitmap_blocks) +
  (chunk_block >> DMZ_BLOCK_SHIFT_BITS);

 return dmz_get_mblock(zmd, bitmap_block);
}

/*
 * Copy the valid blocks bitmap of from_zone to the bitmap of to_zone.
 */
int dmz_copy_valid_blocks(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *from_zone,
     struct dm_zone *to_zone)
{
 struct dmz_mblock *from_mblk, *to_mblk;
 sector_t chunk_block = 0;

 /* Get the zones bitmap blocks */
 while (chunk_block < zmd->zone_nr_blocks) {
  from_mblk = dmz_get_bitmap(zmd, from_zone, chunk_block);
  if (IS_ERR(from_mblk))
   return PTR_ERR(from_mblk);
  to_mblk = dmz_get_bitmap(zmd, to_zone, chunk_block);
  if (IS_ERR(to_mblk)) {
   dmz_release_mblock(zmd, from_mblk);
   return PTR_ERR(to_mblk);
  }

  memcpy(to_mblk->data, from_mblk->data, DMZ_BLOCK_SIZE);
  dmz_dirty_mblock(zmd, to_mblk);

  dmz_release_mblock(zmd, to_mblk);
  dmz_release_mblock(zmd, from_mblk);

  chunk_block += zmd->zone_bits_per_mblk;
 }

 to_zone->weight = from_zone->weight;

 return 0;
}

/*
 * Merge the valid blocks bitmap of from_zone into the bitmap of to_zone,
 * starting from chunk_block.
 */
int dmz_merge_valid_blocks(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *from_zone,
      struct dm_zone *to_zone, sector_t chunk_block)
{
 unsigned int nr_blocks;
 int ret;

 /* Get the zones bitmap blocks */
 while (chunk_block < zmd->zone_nr_blocks) {
  /* Get a valid region from the source zone */
  ret = dmz_first_valid_block(zmd, from_zone, &chunk_block);
  if (ret <= 0)
   return ret;

  nr_blocks = ret;
  ret = dmz_validate_blocks(zmd, to_zone, chunk_block, nr_blocks);
  if (ret)
   return ret;

  chunk_block += nr_blocks;
 }

 return 0;
}

/*
 * Validate all the blocks in the range [block..block+nr_blocks-1].
 */
int dmz_validate_blocks(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
   sector_t chunk_block, unsigned int nr_blocks)
{
 unsigned int count, bit, nr_bits;
 unsigned int zone_nr_blocks = zmd->zone_nr_blocks;
 struct dmz_mblock *mblk;
 unsigned int n = 0;

 dmz_zmd_debug(zmd, "=> VALIDATE zone %u, block %llu, %u blocks",
        zone->id, (unsigned long long)chunk_block,
        nr_blocks);

 WARN_ON(chunk_block + nr_blocks > zone_nr_blocks);

 while (nr_blocks) {
  /* Get bitmap block */
  mblk = dmz_get_bitmap(zmd, zone, chunk_block);
  if (IS_ERR(mblk))
   return PTR_ERR(mblk);

  /* Set bits */
  bit = chunk_block & DMZ_BLOCK_MASK_BITS;
  nr_bits = min(nr_blocks, zmd->zone_bits_per_mblk - bit);

  count = dmz_set_bits((unsigned long *)mblk->data, bit, nr_bits);
  if (count) {
   dmz_dirty_mblock(zmd, mblk);
   n += count;
  }
  dmz_release_mblock(zmd, mblk);

  nr_blocks -= nr_bits;
  chunk_block += nr_bits;
 }

 if (likely(zone->weight + n <= zone_nr_blocks))
  zone->weight += n;
 else {
  dmz_zmd_warn(zmd, "Zone %u: weight %u should be <= %u",
        zone->id, zone->weight,
        zone_nr_blocks - n);
  zone->weight = zone_nr_blocks;
 }

 return 0;
}

/*
 * Clear nr_bits bits in bitmap starting from bit.
 * Return the number of bits cleared.
 */
static int dmz_clear_bits(unsigned long *bitmap, int bit, int nr_bits)
{
 unsigned long *addr;
 int end = bit + nr_bits;
 int n = 0;

 while (bit < end) {
  if (((bit & (BITS_PER_LONG - 1)) == 0) &&
      ((end - bit) >= BITS_PER_LONG)) {
   /* Try to clear whole word at once */
   addr = bitmap + BIT_WORD(bit);
   if (*addr == ULONG_MAX) {
    *addr = 0;
    n += BITS_PER_LONG;
    bit += BITS_PER_LONG;
    continue;
   }
  }

  if (test_and_clear_bit(bit, bitmap))
   n++;
  bit++;
 }

 return n;
}

/*
 * Invalidate all the blocks in the range [block..block+nr_blocks-1].
 */
int dmz_invalidate_blocks(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
     sector_t chunk_block, unsigned int nr_blocks)
{
 unsigned int count, bit, nr_bits;
 struct dmz_mblock *mblk;
 unsigned int n = 0;

 dmz_zmd_debug(zmd, "=> INVALIDATE zone %u, block %llu, %u blocks",
        zone->id, (u64)chunk_block, nr_blocks);

 WARN_ON(chunk_block + nr_blocks > zmd->zone_nr_blocks);

 while (nr_blocks) {
  /* Get bitmap block */
  mblk = dmz_get_bitmap(zmd, zone, chunk_block);
  if (IS_ERR(mblk))
   return PTR_ERR(mblk);

  /* Clear bits */
  bit = chunk_block & DMZ_BLOCK_MASK_BITS;
  nr_bits = min(nr_blocks, zmd->zone_bits_per_mblk - bit);

  count = dmz_clear_bits((unsigned long *)mblk->data,
           bit, nr_bits);
  if (count) {
   dmz_dirty_mblock(zmd, mblk);
   n += count;
  }
  dmz_release_mblock(zmd, mblk);

  nr_blocks -= nr_bits;
  chunk_block += nr_bits;
 }

 if (zone->weight >= n)
  zone->weight -= n;
 else {
  dmz_zmd_warn(zmd, "Zone %u: weight %u should be >= %u",
        zone->id, zone->weight, n);
  zone->weight = 0;
 }

 return 0;
}

/*
 * Get a block bit value.
 */
static int dmz_test_block(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
     sector_t chunk_block)
{
 struct dmz_mblock *mblk;
 int ret;

 WARN_ON(chunk_block >= zmd->zone_nr_blocks);

 /* Get bitmap block */
 mblk = dmz_get_bitmap(zmd, zone, chunk_block);
 if (IS_ERR(mblk))
  return PTR_ERR(mblk);

 /* Get offset */
 ret = test_bit(chunk_block & DMZ_BLOCK_MASK_BITS,
         (unsigned long *) mblk->data) != 0;

 dmz_release_mblock(zmd, mblk);

 return ret;
}

/*
 * Return the number of blocks from chunk_block to the first block with a bit
 * value specified by set. Search at most nr_blocks blocks from chunk_block.
 */
static int dmz_to_next_set_block(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
     sector_t chunk_block, unsigned int nr_blocks,
     int set)
{
 struct dmz_mblock *mblk;
 unsigned int bit, set_bit, nr_bits;
 unsigned int zone_bits = zmd->zone_bits_per_mblk;
 unsigned long *bitmap;
 int n = 0;

 WARN_ON(chunk_block + nr_blocks > zmd->zone_nr_blocks);

 while (nr_blocks) {
  /* Get bitmap block */
  mblk = dmz_get_bitmap(zmd, zone, chunk_block);
  if (IS_ERR(mblk))
   return PTR_ERR(mblk);

  /* Get offset */
  bitmap = (unsigned long *) mblk->data;
  bit = chunk_block & DMZ_BLOCK_MASK_BITS;
  nr_bits = min(nr_blocks, zone_bits - bit);
  if (set)
   set_bit = find_next_bit(bitmap, zone_bits, bit);
  else
   set_bit = find_next_zero_bit(bitmap, zone_bits, bit);
  dmz_release_mblock(zmd, mblk);

  n += set_bit - bit;
  if (set_bit < zone_bits)
   break;

  nr_blocks -= nr_bits;
  chunk_block += nr_bits;
 }

 return n;
}

/*
 * Test if chunk_block is valid. If it is, the number of consecutive
 * valid blocks from chunk_block will be returned.
 */
int dmz_block_valid(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
      sector_t chunk_block)
{
 int valid;

 valid = dmz_test_block(zmd, zone, chunk_block);
 if (valid <= 0)
  return valid;

 /* The block is valid: get the number of valid blocks from block */
 return dmz_to_next_set_block(zmd, zone, chunk_block,
         zmd->zone_nr_blocks - chunk_block, 0);
}

/*
 * Find the first valid block from @chunk_block in @zone.
 * If such a block is found, its number is returned using
 * @chunk_block and the total number of valid blocks from @chunk_block
 * is returned.
 */
int dmz_first_valid_block(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
     sector_t *chunk_block)
{
 sector_t start_block = *chunk_block;
 int ret;

 ret = dmz_to_next_set_block(zmd, zone, start_block,
        zmd->zone_nr_blocks - start_block, 1);
 if (ret < 0)
  return ret;

 start_block += ret;
 *chunk_block = start_block;

 return dmz_to_next_set_block(zmd, zone, start_block,
         zmd->zone_nr_blocks - start_block, 0);
}

/*
 * Count the number of bits set starting from bit up to bit + nr_bits - 1.
 */
static int dmz_count_bits(void *bitmap, int bit, int nr_bits)
{
 unsigned long *addr;
 int end = bit + nr_bits;
 int n = 0;

 while (bit < end) {
  if (((bit & (BITS_PER_LONG - 1)) == 0) &&
      ((end - bit) >= BITS_PER_LONG)) {
   addr = (unsigned long *)bitmap + BIT_WORD(bit);
   if (*addr == ULONG_MAX) {
    n += BITS_PER_LONG;
    bit += BITS_PER_LONG;
    continue;
   }
  }

  if (test_bit(bit, bitmap))
   n++;
  bit++;
 }

 return n;
}

/*
 * Get a zone weight.
 */
static void dmz_get_zone_weight(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
{
 struct dmz_mblock *mblk;
 sector_t chunk_block = 0;
 unsigned int bit, nr_bits;
 unsigned int nr_blocks = zmd->zone_nr_blocks;
 void *bitmap;
 int n = 0;

 while (nr_blocks) {
  /* Get bitmap block */
  mblk = dmz_get_bitmap(zmd, zone, chunk_block);
  if (IS_ERR(mblk)) {
   n = 0;
   break;
  }

  /* Count bits in this block */
  bitmap = mblk->data;
  bit = chunk_block & DMZ_BLOCK_MASK_BITS;
  nr_bits = min(nr_blocks, zmd->zone_bits_per_mblk - bit);
  n += dmz_count_bits(bitmap, bit, nr_bits);

  dmz_release_mblock(zmd, mblk);

  nr_blocks -= nr_bits;
  chunk_block += nr_bits;
 }

 zone->weight = n;
}

/*
 * Cleanup the zoned metadata resources.
 */
static void dmz_cleanup_metadata(struct dmz_metadata *zmd)
{
 struct rb_root *root;
 struct dmz_mblock *mblk, *next;
 int i;

 /* Release zone mapping resources */
 if (zmd->map_mblk) {
  for (i = 0; i < zmd->nr_map_blocks; i++)
   dmz_release_mblock(zmd, zmd->map_mblk[i]);
  kfree(zmd->map_mblk);
  zmd->map_mblk = NULL;
 }

 /* Release super blocks */
 for (i = 0; i < 2; i++) {
  if (zmd->sb[i].mblk) {
   dmz_free_mblock(zmd, zmd->sb[i].mblk);
   zmd->sb[i].mblk = NULL;
  }
 }

 /* Free cached blocks */
 while (!list_empty(&zmd->mblk_dirty_list)) {
  mblk = list_first_entry(&zmd->mblk_dirty_list,
     struct dmz_mblock, link);
  dmz_zmd_warn(zmd, "mblock %llu still in dirty list (ref %u)",
        (u64)mblk->no, mblk->ref);
  list_del_init(&mblk->link);
  rb_erase(&mblk->node, &zmd->mblk_rbtree);
  dmz_free_mblock(zmd, mblk);
 }

 while (!list_empty(&zmd->mblk_lru_list)) {
  mblk = list_first_entry(&zmd->mblk_lru_list,
     struct dmz_mblock, link);
  list_del_init(&mblk->link);
  rb_erase(&mblk->node, &zmd->mblk_rbtree);
  dmz_free_mblock(zmd, mblk);
 }

 /* Sanity checks: the mblock rbtree should now be empty */
 root = &zmd->mblk_rbtree;
 rbtree_postorder_for_each_entry_safe(mblk, next, root, node) {
  dmz_zmd_warn(zmd, "mblock %llu ref %u still in rbtree",
        (u64)mblk->no, mblk->ref);
  mblk->ref = 0;
  dmz_free_mblock(zmd, mblk);
 }

 /* Free the zone descriptors */
 dmz_drop_zones(zmd);

 mutex_destroy(&zmd->mblk_flush_lock);
 mutex_destroy(&zmd->map_lock);
}

static void dmz_print_dev(struct dmz_metadata *zmd, int num)
{
 struct dmz_dev *dev = &zmd->dev[num];

 if (!bdev_is_zoned(dev->bdev))
  dmz_dev_info(dev, "Regular block device");
 else
  dmz_dev_info(dev, "Host-managed zoned block device");

 if (zmd->sb_version > 1) {
  sector_t sector_offset =
   dev->zone_offset << zmd->zone_nr_sectors_shift;

  dmz_dev_info(dev, "  %llu 512-byte logical sectors (offset %llu)",
        (u64)dev->capacity, (u64)sector_offset);
  dmz_dev_info(dev, "  %u zones of %llu 512-byte logical sectors (offset %llu)",
        dev->nr_zones, (u64)zmd->zone_nr_sectors,
        (u64)dev->zone_offset);
 } else {
  dmz_dev_info(dev, "  %llu 512-byte logical sectors",
        (u64)dev->capacity);
  dmz_dev_info(dev, "  %u zones of %llu 512-byte logical sectors",
        dev->nr_zones, (u64)zmd->zone_nr_sectors);
 }
}

/*
 * Initialize the zoned metadata.
 */
int dmz_ctr_metadata(struct dmz_dev *dev, int num_dev,
       struct dmz_metadata **metadata,
       const char *devname)
{
 struct dmz_metadata *zmd;
 unsigned int i;
 struct dm_zone *zone;
 int ret;

 zmd = kzalloc(sizeof(struct dmz_metadata), GFP_KERNEL);
 if (!zmd)
  return -ENOMEM;

 strcpy(zmd->devname, devname);
 zmd->dev = dev;
 zmd->nr_devs = num_dev;
 zmd->mblk_rbtree = RB_ROOT;
 init_rwsem(&zmd->mblk_sem);
 mutex_init(&zmd->mblk_flush_lock);
 spin_lock_init(&zmd->mblk_lock);
 INIT_LIST_HEAD(&zmd->mblk_lru_list);
 INIT_LIST_HEAD(&zmd->mblk_dirty_list);

 mutex_init(&zmd->map_lock);

 atomic_set(&zmd->unmap_nr_cache, 0);
 INIT_LIST_HEAD(&zmd->unmap_cache_list);
 INIT_LIST_HEAD(&zmd->map_cache_list);

 atomic_set(&zmd->nr_reserved_seq_zones, 0);
 INIT_LIST_HEAD(&zmd->reserved_seq_zones_list);

 init_waitqueue_head(&zmd->free_wq);

 /* Initialize zone descriptors */
 ret = dmz_init_zones(zmd);
 if (ret)
  goto err;

 /* Get super block */
 ret = dmz_load_sb(zmd);
 if (ret)
  goto err;

 /* Set metadata zones starting from sb_zone */
 for (i = 0; i < zmd->nr_meta_zones << 1; i++) {
  zone = dmz_get(zmd, zmd->sb[0].zone->id + i);
  if (!zone) {
   dmz_zmd_err(zmd,
        "metadata zone %u not present", i);
   ret = -ENXIO;
   goto err;
  }
  if (!dmz_is_rnd(zone) && !dmz_is_cache(zone)) {
   dmz_zmd_err(zmd,
        "metadata zone %d is not random", i);
   ret = -ENXIO;
   goto err;
  }
  set_bit(DMZ_META, &zone->flags);
 }
 /* Load mapping table */
 ret = dmz_load_mapping(zmd);
 if (ret)
  goto err;

 /*
 * Cache size boundaries: allow at least 2 super blocks, the chunk map
 * blocks and enough blocks to be able to cache the bitmap blocks of
 * up to 16 zones when idle (min_nr_mblks). Otherwise, if busy, allow
 * the cache to add 512 more metadata blocks.
 */
 zmd->min_nr_mblks = 2 + zmd->nr_map_blocks + zmd->zone_nr_bitmap_blocks * 16;
 zmd->max_nr_mblks = zmd->min_nr_mblks + 512;

 /* Metadata cache shrinker */
 zmd->mblk_shrinker = shrinker_alloc(0,  "dm-zoned-meta:(%u:%u)",
         MAJOR(dev->bdev->bd_dev),
         MINOR(dev->bdev->bd_dev));
 if (!zmd->mblk_shrinker) {
  ret = -ENOMEM;
  dmz_zmd_err(zmd, "Allocate metadata cache shrinker failed");
  goto err;
 }

 zmd->mblk_shrinker->count_objects = dmz_mblock_shrinker_count;
 zmd->mblk_shrinker->scan_objects = dmz_mblock_shrinker_scan;
 zmd->mblk_shrinker->private_data = zmd;

 shrinker_register(zmd->mblk_shrinker);

 dmz_zmd_info(zmd, "DM-Zoned metadata version %d", zmd->sb_version);
 for (i = 0; i < zmd->nr_devs; i++)
  dmz_print_dev(zmd, i);

 dmz_zmd_info(zmd, "  %u zones of %llu 512-byte logical sectors",
       zmd->nr_zones, (u64)zmd->zone_nr_sectors);
 dmz_zmd_debug(zmd, "  %u metadata zones",
        zmd->nr_meta_zones * 2);
 dmz_zmd_debug(zmd, "  %u data zones for %u chunks",
        zmd->nr_data_zones, zmd->nr_chunks);
 dmz_zmd_debug(zmd, "    %u cache zones (%u unmapped)",
        zmd->nr_cache, atomic_read(&zmd->unmap_nr_cache));
 for (i = 0; i < zmd->nr_devs; i++) {
  dmz_zmd_debug(zmd, "    %u random zones (%u unmapped)",
         dmz_nr_rnd_zones(zmd, i),
         dmz_nr_unmap_rnd_zones(zmd, i));
  dmz_zmd_debug(zmd, "    %u sequential zones (%u unmapped)",
         dmz_nr_seq_zones(zmd, i),
         dmz_nr_unmap_seq_zones(zmd, i));
 }
 dmz_zmd_debug(zmd, "  %u reserved sequential data zones",
        zmd->nr_reserved_seq);
 dmz_zmd_debug(zmd, "Format:");
 dmz_zmd_debug(zmd, "%u metadata blocks per set (%u max cache)",
        zmd->nr_meta_blocks, zmd->max_nr_mblks);
 dmz_zmd_debug(zmd, "  %u data zone mapping blocks",
        zmd->nr_map_blocks);
 dmz_zmd_debug(zmd, "  %u bitmap blocks",
        zmd->nr_bitmap_blocks);

 *metadata = zmd;

 return 0;
err:
 dmz_cleanup_metadata(zmd);
 kfree(zmd);
 *metadata = NULL;

 return ret;
}

/*
 * Cleanup the zoned metadata resources.
 */
void dmz_dtr_metadata(struct dmz_metadata *zmd)
{
 shrinker_free(zmd->mblk_shrinker);
 dmz_cleanup_metadata(zmd);
 kfree(zmd);
}