// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * Copyright (C) STRATO AG 2012.  All rights reserved.
 */

#include <linux/sched.h>
#include <linux/bio.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/blkdev.h>
#include <linux/kthread.h>
#include <linux/math64.h>
#include "misc.h"
#include "ctree.h"
#include "disk-io.h"
#include "transaction.h"
#include "volumes.h"
#include "async-thread.h"
#include "dev-replace.h"
#include "sysfs.h"
#include "zoned.h"
#include "block-group.h"
#include "fs.h"
#include "accessors.h"
#include "scrub.h"

/*
 * Device replace overview
 *
 * [Objective]
 * To copy all extents (both new and on-disk) from source device to target
 * device, while still keeping the filesystem read-write.
 *
 * [Method]
 * There are two main methods involved:
 *
 * - Write duplication
 *
 *   All new writes will be written to both target and source devices, so even
 *   if replace gets canceled, sources device still contains up-to-date data.
 *
 *   Location:  handle_ops_on_dev_replace() from btrfs_map_block()
 *   Start:  btrfs_dev_replace_start()
 *   End:  btrfs_dev_replace_finishing()
 *   Content:  Latest data/metadata
 *
 * - Copy existing extents
 *
 *   This happens by reusing scrub facility, as scrub also iterates through
 *   existing extents from commit root.
 *
 *   Location:  scrub_write_block_to_dev_replace() from
 *      scrub_block_complete()
 *   Content:  Data/meta from commit root.
 *
 * Due to the content difference, we need to avoid nocow write when dev-replace
 * is happening.  This is done by marking the block group read-only and waiting
 * for NOCOW writes.
 *
 * After replace is done, the finishing part is done by swapping the target and
 * source devices.
 *
 *   Location:  btrfs_dev_replace_update_device_in_mapping_tree() from
 *      btrfs_dev_replace_finishing()
 */

static int btrfs_dev_replace_finishing(struct btrfs_fs_info *fs_info,
           int scrub_ret);
static int btrfs_dev_replace_kthread(void *data);

int btrfs_init_dev_replace(struct btrfs_fs_info *fs_info)
{
 struct btrfs_dev_lookup_args args = { .devid = BTRFS_DEV_REPLACE_DEVID };
 struct btrfs_key key;
 struct btrfs_root *dev_root = fs_info->dev_root;
 struct btrfs_dev_replace *dev_replace = &fs_info->dev_replace;
 struct extent_buffer *eb;
 int slot;
 int ret = 0;
 BTRFS_PATH_AUTO_FREE(path);
 int item_size;
 struct btrfs_dev_replace_item *ptr;
 u64 src_devid;

 if (!dev_root)
  return 0;

 path = btrfs_alloc_path();
 if (!path)
  return -ENOMEM;

 key.objectid = 0;
 key.type = BTRFS_DEV_REPLACE_KEY;
 key.offset = 0;
 ret = btrfs_search_slot(NULL, dev_root, &key, path, 0, 0);
 if (ret) {
no_valid_dev_replace_entry_found:
  /*
   * We don't have a replace item or it's corrupted.  If there is
   * a replace target, fail the mount.
 */
  if (btrfs_find_device(fs_info->fs_devices, &args)) {
   btrfs_err(fs_info,
   "found replace target device without a valid replace item");
   return -EUCLEAN;
  }
  dev_replace->replace_state =
   BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_NEVER_STARTED;
  dev_replace->cont_reading_from_srcdev_mode =
      BTRFS_DEV_REPLACE_ITEM_CONT_READING_FROM_SRCDEV_MODE_ALWAYS;
  dev_replace->time_started = 0;
  dev_replace->time_stopped = 0;
  atomic64_set(&dev_replace->num_write_errors, 0);
  atomic64_set(&dev_replace->num_uncorrectable_read_errors, 0);
  dev_replace->cursor_left = 0;
  dev_replace->committed_cursor_left = 0;
  dev_replace->cursor_left_last_write_of_item = 0;
  dev_replace->cursor_right = 0;
  dev_replace->srcdev = NULL;
  dev_replace->tgtdev = NULL;
  dev_replace->is_valid = 0;
  dev_replace->item_needs_writeback = 0;
  return 0;
 }
 slot = path->slots[0];
 eb = path->nodes[0];
 item_size = btrfs_item_size(eb, slot);
 ptr = btrfs_item_ptr(eb, slot, struct btrfs_dev_replace_item);

 if (item_size != sizeof(struct btrfs_dev_replace_item)) {
  btrfs_warn(fs_info,
   "dev_replace entry found has unexpected size, ignore entry");
  goto no_valid_dev_replace_entry_found;
 }

 src_devid = btrfs_dev_replace_src_devid(eb, ptr);
 dev_replace->cont_reading_from_srcdev_mode =
  btrfs_dev_replace_cont_reading_from_srcdev_mode(eb, ptr);
 dev_replace->replace_state = btrfs_dev_replace_replace_state(eb, ptr);
 dev_replace->time_started = btrfs_dev_replace_time_started(eb, ptr);
 dev_replace->time_stopped =
  btrfs_dev_replace_time_stopped(eb, ptr);
 atomic64_set(&dev_replace->num_write_errors,
       btrfs_dev_replace_num_write_errors(eb, ptr));
 atomic64_set(&dev_replace->num_uncorrectable_read_errors,
       btrfs_dev_replace_num_uncorrectable_read_errors(eb, ptr));
 dev_replace->cursor_left = btrfs_dev_replace_cursor_left(eb, ptr);
 dev_replace->committed_cursor_left = dev_replace->cursor_left;
 dev_replace->cursor_left_last_write_of_item = dev_replace->cursor_left;
 dev_replace->cursor_right = btrfs_dev_replace_cursor_right(eb, ptr);
 dev_replace->is_valid = 1;

 dev_replace->item_needs_writeback = 0;
 switch (dev_replace->replace_state) {
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_NEVER_STARTED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_FINISHED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_CANCELED:
  /*
   * We don't have an active replace item but if there is a
   * replace target, fail the mount.
 */
  if (btrfs_find_device(fs_info->fs_devices, &args)) {
   btrfs_err(fs_info,
"replace without active item, run 'device scan --forget' on the target device");
   ret = -EUCLEAN;
  } else {
   dev_replace->srcdev = NULL;
   dev_replace->tgtdev = NULL;
  }
  break;
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_STARTED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_SUSPENDED:
  dev_replace->tgtdev = btrfs_find_device(fs_info->fs_devices, &args);
  args.devid = src_devid;
  dev_replace->srcdev = btrfs_find_device(fs_info->fs_devices, &args);

  /*
   * allow 'btrfs dev replace_cancel' if src/tgt device is
   * missing
 */
  if (!dev_replace->srcdev &&
      !btrfs_test_opt(fs_info, DEGRADED)) {
   ret = -EIO;
   btrfs_warn(fs_info,
      "cannot mount because device replace operation is ongoing and");
   btrfs_warn(fs_info,
      "srcdev (devid %llu) is missing, need to run 'btrfs dev scan'?",
      src_devid);
  }
  if (!dev_replace->tgtdev &&
      !btrfs_test_opt(fs_info, DEGRADED)) {
   ret = -EIO;
   btrfs_warn(fs_info,
      "cannot mount because device replace operation is ongoing and");
   btrfs_warn(fs_info,
      "tgtdev (devid %llu) is missing, need to run 'btrfs dev scan'?",
    BTRFS_DEV_REPLACE_DEVID);
  }
  if (dev_replace->tgtdev) {
   if (dev_replace->srcdev) {
    dev_replace->tgtdev->total_bytes =
     dev_replace->srcdev->total_bytes;
    dev_replace->tgtdev->disk_total_bytes =
     dev_replace->srcdev->disk_total_bytes;
    dev_replace->tgtdev->commit_total_bytes =
     dev_replace->srcdev->commit_total_bytes;
    dev_replace->tgtdev->bytes_used =
     dev_replace->srcdev->bytes_used;
    dev_replace->tgtdev->commit_bytes_used =
     dev_replace->srcdev->commit_bytes_used;
   }
   set_bit(BTRFS_DEV_STATE_REPLACE_TGT,
    &dev_replace->tgtdev->dev_state);

   WARN_ON(fs_info->fs_devices->rw_devices == 0);
   dev_replace->tgtdev->io_width = fs_info->sectorsize;
   dev_replace->tgtdev->io_align = fs_info->sectorsize;
   dev_replace->tgtdev->sector_size = fs_info->sectorsize;
   dev_replace->tgtdev->fs_info = fs_info;
   set_bit(BTRFS_DEV_STATE_IN_FS_METADATA,
    &dev_replace->tgtdev->dev_state);
  }
  break;
 }

 return ret;
}

/*
 * Initialize a new device for device replace target from a given source dev
 * and path.
 *
 * Return 0 and new device in @device_out, otherwise return < 0
 */
static int btrfs_init_dev_replace_tgtdev(struct btrfs_fs_info *fs_info,
      const char *device_path,
      struct btrfs_device *srcdev,
      struct btrfs_device **device_out)
{
 struct btrfs_fs_devices *fs_devices = fs_info->fs_devices;
 struct btrfs_device *device;
 struct file *bdev_file;
 struct block_device *bdev;
 u64 devid = BTRFS_DEV_REPLACE_DEVID;
 int ret = 0;

 *device_out = NULL;
 if (srcdev->fs_devices->seeding) {
  btrfs_err(fs_info, "the filesystem is a seed filesystem!");
  return -EINVAL;
 }

 bdev_file = bdev_file_open_by_path(device_path, BLK_OPEN_WRITE,
        fs_info->sb, &fs_holder_ops);
 if (IS_ERR(bdev_file)) {
  btrfs_err(fs_info, "target device %s is invalid!", device_path);
  return PTR_ERR(bdev_file);
 }
 bdev = file_bdev(bdev_file);

 if (!btrfs_check_device_zone_type(fs_info, bdev)) {
  btrfs_err(fs_info,
  "dev-replace: zoned type of target device mismatch with filesystem");
  ret = -EINVAL;
  goto error;
 }

 sync_blockdev(bdev);

 list_for_each_entry(device, &fs_devices->devices, dev_list) {
  if (device->bdev == bdev) {
   btrfs_err(fs_info,
      "target device is in the filesystem!");
   ret = -EEXIST;
   goto error;
  }
 }


 if (bdev_nr_bytes(bdev) < btrfs_device_get_total_bytes(srcdev)) {
  btrfs_err(fs_info,
     "target device is smaller than source device!");
  ret = -EINVAL;
  goto error;
 }


 device = btrfs_alloc_device(NULL, &devid, NULL, device_path);
 if (IS_ERR(device)) {
  ret = PTR_ERR(device);
  goto error;
 }

 ret = lookup_bdev(device_path, &device->devt);
 if (ret)
  goto error;

 set_bit(BTRFS_DEV_STATE_WRITEABLE, &device->dev_state);
 device->generation = 0;
 device->io_width = fs_info->sectorsize;
 device->io_align = fs_info->sectorsize;
 device->sector_size = fs_info->sectorsize;
 device->total_bytes = btrfs_device_get_total_bytes(srcdev);
 device->disk_total_bytes = btrfs_device_get_disk_total_bytes(srcdev);
 device->bytes_used = btrfs_device_get_bytes_used(srcdev);
 device->commit_total_bytes = srcdev->commit_total_bytes;
 device->commit_bytes_used = device->bytes_used;
 device->fs_info = fs_info;
 device->bdev = bdev;
 device->bdev_file = bdev_file;
 set_bit(BTRFS_DEV_STATE_IN_FS_METADATA, &device->dev_state);
 set_bit(BTRFS_DEV_STATE_REPLACE_TGT, &device->dev_state);
 device->dev_stats_valid = 1;
 set_blocksize(bdev_file, BTRFS_BDEV_BLOCKSIZE);
 device->fs_devices = fs_devices;

 ret = btrfs_get_dev_zone_info(device, false);
 if (ret)
  goto error;

 mutex_lock(&fs_devices->device_list_mutex);
 list_add(&device->dev_list, &fs_devices->devices);
 fs_devices->num_devices++;
 fs_devices->open_devices++;
 mutex_unlock(&fs_devices->device_list_mutex);

 *device_out = device;
 return 0;

error:
 bdev_fput(bdev_file);
 return ret;
}

/*
 * called from commit_transaction. Writes changed device replace state to
 * disk.
 */
int btrfs_run_dev_replace(struct btrfs_trans_handle *trans)
{
 struct btrfs_fs_info *fs_info = trans->fs_info;
 int ret;
 struct btrfs_root *dev_root = fs_info->dev_root;
 BTRFS_PATH_AUTO_FREE(path);
 struct btrfs_key key;
 struct extent_buffer *eb;
 struct btrfs_dev_replace_item *ptr;
 struct btrfs_dev_replace *dev_replace = &fs_info->dev_replace;

 down_read(&dev_replace->rwsem);
 if (!dev_replace->is_valid ||
     !dev_replace->item_needs_writeback) {
  up_read(&dev_replace->rwsem);
  return 0;
 }
 up_read(&dev_replace->rwsem);

 key.objectid = 0;
 key.type = BTRFS_DEV_REPLACE_KEY;
 key.offset = 0;

 path = btrfs_alloc_path();
 if (!path)
  return -ENOMEM;

 ret = btrfs_search_slot(trans, dev_root, &key, path, -1, 1);
 if (ret < 0) {
  btrfs_warn(fs_info,
      "error %d while searching for dev_replace item!",
      ret);
  return ret;
 }

 if (ret == 0 &&
     btrfs_item_size(path->nodes[0], path->slots[0]) < sizeof(*ptr)) {
  /*
   * need to delete old one and insert a new one.
   * Since no attempt is made to recover any old state, if the
   * dev_replace state is 'running', the data on the target
   * drive is lost.
   * It would be possible to recover the state: just make sure
   * that the beginning of the item is never changed and always
   * contains all the essential information. Then read this
   * minimal set of information and use it as a base for the
   * new state.
 */
  ret = btrfs_del_item(trans, dev_root, path);
  if (ret != 0) {
   btrfs_warn(fs_info,
       "delete too small dev_replace item failed %d!",
       ret);
   return ret;
  }
  ret = 1;
 }

 if (ret == 1) {
  /* need to insert a new item */
  btrfs_release_path(path);
  ret = btrfs_insert_empty_item(trans, dev_root, path,
           &key, sizeof(*ptr));
  if (ret < 0) {
   btrfs_warn(fs_info,
       "insert dev_replace item failed %d!", ret);
   return ret;
  }
 }

 eb = path->nodes[0];
 ptr = btrfs_item_ptr(eb, path->slots[0],
        struct btrfs_dev_replace_item);

 down_write(&dev_replace->rwsem);
 if (dev_replace->srcdev)
  btrfs_set_dev_replace_src_devid(eb, ptr,
   dev_replace->srcdev->devid);
 else
  btrfs_set_dev_replace_src_devid(eb, ptr, (u64)-1);
 btrfs_set_dev_replace_cont_reading_from_srcdev_mode(eb, ptr,
  dev_replace->cont_reading_from_srcdev_mode);
 btrfs_set_dev_replace_replace_state(eb, ptr,
  dev_replace->replace_state);
 btrfs_set_dev_replace_time_started(eb, ptr, dev_replace->time_started);
 btrfs_set_dev_replace_time_stopped(eb, ptr, dev_replace->time_stopped);
 btrfs_set_dev_replace_num_write_errors(eb, ptr,
  atomic64_read(&dev_replace->num_write_errors));
 btrfs_set_dev_replace_num_uncorrectable_read_errors(eb, ptr,
  atomic64_read(&dev_replace->num_uncorrectable_read_errors));
 dev_replace->cursor_left_last_write_of_item =
  dev_replace->cursor_left;
 btrfs_set_dev_replace_cursor_left(eb, ptr,
  dev_replace->cursor_left_last_write_of_item);
 btrfs_set_dev_replace_cursor_right(eb, ptr,
  dev_replace->cursor_right);
 dev_replace->item_needs_writeback = 0;
 up_write(&dev_replace->rwsem);

 return ret;
}

static int mark_block_group_to_copy(struct btrfs_fs_info *fs_info,
        struct btrfs_device *src_dev)
{
 struct btrfs_path *path;
 struct btrfs_key key;
 struct btrfs_key found_key;
 struct btrfs_root *root = fs_info->dev_root;
 struct btrfs_dev_extent *dev_extent = NULL;
 struct btrfs_block_group *cache;
 struct btrfs_trans_handle *trans;
 int iter_ret = 0;
 int ret = 0;
 u64 chunk_offset;

 /* Do not use "to_copy" on non zoned filesystem for now */
 if (!btrfs_is_zoned(fs_info))
  return 0;

 mutex_lock(&fs_info->chunk_mutex);

 /* Ensure we don't have pending new block group */
 spin_lock(&fs_info->trans_lock);
 while (fs_info->running_transaction &&
        !list_empty(&fs_info->running_transaction->dev_update_list)) {
  spin_unlock(&fs_info->trans_lock);
  mutex_unlock(&fs_info->chunk_mutex);
  trans = btrfs_attach_transaction(root);
  if (IS_ERR(trans)) {
   ret = PTR_ERR(trans);
   mutex_lock(&fs_info->chunk_mutex);
   if (ret == -ENOENT) {
    spin_lock(&fs_info->trans_lock);
    continue;
   } else {
    goto unlock;
   }
  }

  ret = btrfs_commit_transaction(trans);
  mutex_lock(&fs_info->chunk_mutex);
  if (ret)
   goto unlock;

  spin_lock(&fs_info->trans_lock);
 }
 spin_unlock(&fs_info->trans_lock);

 path = btrfs_alloc_path();
 if (!path) {
  ret = -ENOMEM;
  goto unlock;
 }

 path->reada = READA_FORWARD;
 path->search_commit_root = 1;
 path->skip_locking = 1;

 key.objectid = src_dev->devid;
 key.type = BTRFS_DEV_EXTENT_KEY;
 key.offset = 0;

 btrfs_for_each_slot(root, &key, &found_key, path, iter_ret) {
  struct extent_buffer *leaf = path->nodes[0];

  if (found_key.objectid != src_dev->devid)
   break;

  if (found_key.type != BTRFS_DEV_EXTENT_KEY)
   break;

  if (found_key.offset < key.offset)
   break;

  dev_extent = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0], struct btrfs_dev_extent);

  chunk_offset = btrfs_dev_extent_chunk_offset(leaf, dev_extent);

  cache = btrfs_lookup_block_group(fs_info, chunk_offset);
  if (!cache)
   continue;

  set_bit(BLOCK_GROUP_FLAG_TO_COPY, &cache->runtime_flags);
  btrfs_put_block_group(cache);
 }
 if (iter_ret < 0)
  ret = iter_ret;

 btrfs_free_path(path);
unlock:
 mutex_unlock(&fs_info->chunk_mutex);

 return ret;
}

bool btrfs_finish_block_group_to_copy(struct btrfs_device *srcdev,
          struct btrfs_block_group *cache,
          u64 physical)
{
 struct btrfs_fs_info *fs_info = cache->fs_info;
 struct btrfs_chunk_map *map;
 u64 chunk_offset = cache->start;
 int num_extents, cur_extent;
 int i;

 /* Do not use "to_copy" on non zoned filesystem for now */
 if (!btrfs_is_zoned(fs_info))
  return true;

 spin_lock(&cache->lock);
 if (test_bit(BLOCK_GROUP_FLAG_REMOVED, &cache->runtime_flags)) {
  spin_unlock(&cache->lock);
  return true;
 }
 spin_unlock(&cache->lock);

 map = btrfs_get_chunk_map(fs_info, chunk_offset, 1);
 ASSERT(!IS_ERR(map));

 num_extents = 0;
 cur_extent = 0;
 for (i = 0; i < map->num_stripes; i++) {
  /* We have more device extent to copy */
  if (srcdev != map->stripes[i].dev)
   continue;

  num_extents++;
  if (physical == map->stripes[i].physical)
   cur_extent = i;
 }

 btrfs_free_chunk_map(map);

 if (num_extents > 1 && cur_extent < num_extents - 1) {
  /*
   * Has more stripes on this device. Keep this block group
   * readonly until we finish all the stripes.
 */
  return false;
 }

 /* Last stripe on this device */
 clear_bit(BLOCK_GROUP_FLAG_TO_COPY, &cache->runtime_flags);

 return true;
}

static int btrfs_dev_replace_start(struct btrfs_fs_info *fs_info,
  const char *tgtdev_name, u64 srcdevid, const char *srcdev_name,
  int read_src)
{
 struct btrfs_root *root = fs_info->dev_root;
 struct btrfs_trans_handle *trans;
 struct btrfs_dev_replace *dev_replace = &fs_info->dev_replace;
 int ret;
 struct btrfs_device *tgt_device = NULL;
 struct btrfs_device *src_device = NULL;

 src_device = btrfs_find_device_by_devspec(fs_info, srcdevid,
        srcdev_name);
 if (IS_ERR(src_device))
  return PTR_ERR(src_device);

 if (btrfs_pinned_by_swapfile(fs_info, src_device)) {
  btrfs_warn(fs_info,
   "cannot replace device %s (devid %llu) due to active swapfile",
   btrfs_dev_name(src_device), src_device->devid);
  return -ETXTBSY;
 }

 /*
  * Here we commit the transaction to make sure commit_total_bytes
  * of all the devices are updated.
 */
 trans = btrfs_attach_transaction(root);
 if (!IS_ERR(trans)) {
  ret = btrfs_commit_transaction(trans);
  if (ret)
   return ret;
 } else if (PTR_ERR(trans) != -ENOENT) {
  return PTR_ERR(trans);
 }

 ret = btrfs_init_dev_replace_tgtdev(fs_info, tgtdev_name,
         src_device, &tgt_device);
 if (ret)
  return ret;

 ret = mark_block_group_to_copy(fs_info, src_device);
 if (ret)
  return ret;

 down_write(&dev_replace->rwsem);
 dev_replace->replace_task = current;
 switch (dev_replace->replace_state) {
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_NEVER_STARTED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_FINISHED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_CANCELED:
  break;
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_STARTED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_SUSPENDED:
  DEBUG_WARN("unexpected STARTED ot SUSPENDED dev-replace state");
  ret = BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_RESULT_ALREADY_STARTED;
  up_write(&dev_replace->rwsem);
  goto leave;
 }

 dev_replace->cont_reading_from_srcdev_mode = read_src;
 dev_replace->srcdev = src_device;
 dev_replace->tgtdev = tgt_device;

 btrfs_info(fs_info,
        "dev_replace from %s (devid %llu) to %s started",
        btrfs_dev_name(src_device),
        src_device->devid,
        btrfs_dev_name(tgt_device));

 /*
  * from now on, the writes to the srcdev are all duplicated to
  * go to the tgtdev as well (refer to btrfs_map_block()).
 */
 dev_replace->replace_state = BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_STARTED;
 dev_replace->time_started = ktime_get_real_seconds();
 dev_replace->cursor_left = 0;
 dev_replace->committed_cursor_left = 0;
 dev_replace->cursor_left_last_write_of_item = 0;
 dev_replace->cursor_right = 0;
 dev_replace->is_valid = 1;
 dev_replace->item_needs_writeback = 1;
 atomic64_set(&dev_replace->num_write_errors, 0);
 atomic64_set(&dev_replace->num_uncorrectable_read_errors, 0);
 up_write(&dev_replace->rwsem);

 ret = btrfs_sysfs_add_device(tgt_device);
 if (ret)
  btrfs_err(fs_info, "kobj add dev failed %d", ret);

 btrfs_wait_ordered_roots(fs_info, U64_MAX, NULL);

 /*
  * Commit dev_replace state and reserve 1 item for it.
  * This is crucial to ensure we won't miss copying extents for new block
  * groups that are allocated after we started the device replace, and
  * must be done after setting up the device replace state.
 */
 trans = btrfs_start_transaction(root, 1);
 if (IS_ERR(trans)) {
  ret = PTR_ERR(trans);
  down_write(&dev_replace->rwsem);
  dev_replace->replace_state =
   BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_NEVER_STARTED;
  dev_replace->srcdev = NULL;
  dev_replace->tgtdev = NULL;
  up_write(&dev_replace->rwsem);
  goto leave;
 }

 ret = btrfs_commit_transaction(trans);
 WARN_ON(ret);

 /* the disk copy procedure reuses the scrub code */
 ret = btrfs_scrub_dev(fs_info, src_device->devid, 0,
         btrfs_device_get_total_bytes(src_device),
         &dev_replace->scrub_progress, 0, 1);

 ret = btrfs_dev_replace_finishing(fs_info, ret);
 if (ret == -EINPROGRESS)
  ret = BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_RESULT_SCRUB_INPROGRESS;

 return ret;

leave:
 btrfs_destroy_dev_replace_tgtdev(tgt_device);
 return ret;
}

static int btrfs_check_replace_dev_names(struct btrfs_ioctl_dev_replace_args *args)
{
 if (args->start.srcdevid == 0) {
  if (memchr(args->start.srcdev_name, 0,
      sizeof(args->start.srcdev_name)) == NULL)
   return -ENAMETOOLONG;
 } else {
  args->start.srcdev_name[0] = 0;
 }

 if (memchr(args->start.tgtdev_name, 0,
     sizeof(args->start.tgtdev_name)) == NULL)
     return -ENAMETOOLONG;

 return 0;
}

int btrfs_dev_replace_by_ioctl(struct btrfs_fs_info *fs_info,
       struct btrfs_ioctl_dev_replace_args *args)
{
 int ret;

 switch (args->start.cont_reading_from_srcdev_mode) {
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_CONT_READING_FROM_SRCDEV_MODE_ALWAYS:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_CONT_READING_FROM_SRCDEV_MODE_AVOID:
  break;
 default:
  return -EINVAL;
 }
 ret = btrfs_check_replace_dev_names(args);
 if (ret < 0)
  return ret;

 ret = btrfs_dev_replace_start(fs_info, args->start.tgtdev_name,
     args->start.srcdevid,
     args->start.srcdev_name,
     args->start.cont_reading_from_srcdev_mode);
 args->result = ret;
 /* don't warn if EINPROGRESS, someone else might be running scrub */
 if (ret == BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_RESULT_SCRUB_INPROGRESS ||
     ret == BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_RESULT_NO_ERROR)
  return 0;

 return ret;
}

/*
 * blocked until all in-flight bios operations are finished.
 */
static void btrfs_rm_dev_replace_blocked(struct btrfs_fs_info *fs_info)
{
 set_bit(BTRFS_FS_STATE_DEV_REPLACING, &fs_info->fs_state);
 wait_event(fs_info->dev_replace.replace_wait, !percpu_counter_sum(
     &fs_info->dev_replace.bio_counter));
}

/*
 * we have removed target device, it is safe to allow new bios request.
 */
static void btrfs_rm_dev_replace_unblocked(struct btrfs_fs_info *fs_info)
{
 clear_bit(BTRFS_FS_STATE_DEV_REPLACING, &fs_info->fs_state);
 wake_up(&fs_info->dev_replace.replace_wait);
}

/*
 * When finishing the device replace, before swapping the source device with the
 * target device we must update the chunk allocation state in the target device,
 * as it is empty because replace works by directly copying the chunks and not
 * through the normal chunk allocation path.
 */
static int btrfs_set_target_alloc_state(struct btrfs_device *srcdev,
     struct btrfs_device *tgtdev)
{
 struct extent_state *cached_state = NULL;
 u64 start = 0;
 u64 found_start;
 u64 found_end;
 int ret = 0;

 lockdep_assert_held(&srcdev->fs_info->chunk_mutex);

 while (btrfs_find_first_extent_bit(&srcdev->alloc_state, start,
        &found_start, &found_end,
        CHUNK_ALLOCATED, &cached_state)) {
  ret = btrfs_set_extent_bit(&tgtdev->alloc_state, found_start,
        found_end, CHUNK_ALLOCATED, NULL);
  if (ret)
   break;
  start = found_end + 1;
 }

 btrfs_free_extent_state(cached_state);
 return ret;
}

static void btrfs_dev_replace_update_device_in_mapping_tree(
      struct btrfs_fs_info *fs_info,
      struct btrfs_device *srcdev,
      struct btrfs_device *tgtdev)
{
 struct rb_node *node;

 /*
  * The chunk mutex must be held so that no new chunks can be created
  * while we are updating existing chunks. This guarantees we don't miss
  * any new chunk that gets created for a range that falls before the
  * range of the last chunk we processed.
 */
 lockdep_assert_held(&fs_info->chunk_mutex);

 write_lock(&fs_info->mapping_tree_lock);
 node = rb_first_cached(&fs_info->mapping_tree);
 while (node) {
  struct rb_node *next = rb_next(node);
  struct btrfs_chunk_map *map;
  u64 next_start;

  map = rb_entry(node, struct btrfs_chunk_map, rb_node);
  next_start = map->start + map->chunk_len;

  for (int i = 0; i < map->num_stripes; i++)
   if (srcdev == map->stripes[i].dev)
    map->stripes[i].dev = tgtdev;

  if (cond_resched_rwlock_write(&fs_info->mapping_tree_lock)) {
   map = btrfs_find_chunk_map_nolock(fs_info, next_start, U64_MAX);
   if (!map)
    break;
   node = &map->rb_node;
   /*
    * Drop the lookup reference since we are holding the
    * lock in write mode and no one can remove the chunk
    * map from the tree and drop its tree reference.
 */
   btrfs_free_chunk_map(map);
  } else {
   node = next;
  }
 }
 write_unlock(&fs_info->mapping_tree_lock);
}

static int btrfs_dev_replace_finishing(struct btrfs_fs_info *fs_info,
           int scrub_ret)
{
 struct btrfs_dev_replace *dev_replace = &fs_info->dev_replace;
 struct btrfs_fs_devices *fs_devices = fs_info->fs_devices;
 struct btrfs_device *tgt_device;
 struct btrfs_device *src_device;
 struct btrfs_root *root = fs_info->tree_root;
 u8 uuid_tmp[BTRFS_UUID_SIZE];
 struct btrfs_trans_handle *trans;
 int ret = 0;

 /* don't allow cancel or unmount to disturb the finishing procedure */
 mutex_lock(&dev_replace->lock_finishing_cancel_unmount);

 down_read(&dev_replace->rwsem);
 /* was the operation canceled, or is it finished? */
 if (dev_replace->replace_state !=
     BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_STARTED) {
  up_read(&dev_replace->rwsem);
  mutex_unlock(&dev_replace->lock_finishing_cancel_unmount);
  return 0;
 }

 tgt_device = dev_replace->tgtdev;
 src_device = dev_replace->srcdev;
 up_read(&dev_replace->rwsem);

 /*
  * flush all outstanding I/O and inode extent mappings before the
  * copy operation is declared as being finished
 */
 ret = btrfs_start_delalloc_roots(fs_info, LONG_MAX, false);
 if (ret) {
  mutex_unlock(&dev_replace->lock_finishing_cancel_unmount);
  return ret;
 }
 btrfs_wait_ordered_roots(fs_info, U64_MAX, NULL);

 /*
  * We have to use this loop approach because at this point src_device
  * has to be available for transaction commit to complete, yet new
  * chunks shouldn't be allocated on the device.
 */
 while (1) {
  trans = btrfs_start_transaction(root, 0);
  if (IS_ERR(trans)) {
   mutex_unlock(&dev_replace->lock_finishing_cancel_unmount);
   return PTR_ERR(trans);
  }
  ret = btrfs_commit_transaction(trans);
  WARN_ON(ret);

  /* Prevent write_all_supers() during the finishing procedure */
  mutex_lock(&fs_devices->device_list_mutex);
  /* Prevent new chunks being allocated on the source device */
  mutex_lock(&fs_info->chunk_mutex);

  if (!list_empty(&src_device->post_commit_list)) {
   mutex_unlock(&fs_devices->device_list_mutex);
   mutex_unlock(&fs_info->chunk_mutex);
  } else {
   break;
  }
 }

 down_write(&dev_replace->rwsem);
 dev_replace->replace_state =
  scrub_ret ? BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_CANCELED
     : BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_FINISHED;
 dev_replace->tgtdev = NULL;
 dev_replace->srcdev = NULL;
 dev_replace->time_stopped = ktime_get_real_seconds();
 dev_replace->item_needs_writeback = 1;

 /*
  * Update allocation state in the new device and replace the old device
  * with the new one in the mapping tree.
 */
 if (!scrub_ret) {
  scrub_ret = btrfs_set_target_alloc_state(src_device, tgt_device);
  if (scrub_ret)
   goto error;
  btrfs_dev_replace_update_device_in_mapping_tree(fs_info,
        src_device,
        tgt_device);
 } else {
  if (scrub_ret != -ECANCELED)
   btrfs_err(fs_info,
     "btrfs_scrub_dev(%s, %llu, %s) failed %d",
     btrfs_dev_name(src_device),
     src_device->devid,
     btrfs_dev_name(tgt_device), scrub_ret);
error:
  up_write(&dev_replace->rwsem);
  mutex_unlock(&fs_info->chunk_mutex);
  mutex_unlock(&fs_devices->device_list_mutex);
  btrfs_rm_dev_replace_blocked(fs_info);
  if (tgt_device)
   btrfs_destroy_dev_replace_tgtdev(tgt_device);
  btrfs_rm_dev_replace_unblocked(fs_info);
  mutex_unlock(&dev_replace->lock_finishing_cancel_unmount);

  return scrub_ret;
 }

 btrfs_info(fs_info,
     "dev_replace from %s (devid %llu) to %s finished",
     btrfs_dev_name(src_device),
     src_device->devid,
     btrfs_dev_name(tgt_device));
 clear_bit(BTRFS_DEV_STATE_REPLACE_TGT, &tgt_device->dev_state);
 tgt_device->devid = src_device->devid;
 src_device->devid = BTRFS_DEV_REPLACE_DEVID;
 memcpy(uuid_tmp, tgt_device->uuid, sizeof(uuid_tmp));
 memcpy(tgt_device->uuid, src_device->uuid, sizeof(tgt_device->uuid));
 memcpy(src_device->uuid, uuid_tmp, sizeof(src_device->uuid));
 btrfs_device_set_total_bytes(tgt_device, src_device->total_bytes);
 btrfs_device_set_disk_total_bytes(tgt_device,
       src_device->disk_total_bytes);
 btrfs_device_set_bytes_used(tgt_device, src_device->bytes_used);
 tgt_device->commit_bytes_used = src_device->bytes_used;

 btrfs_assign_next_active_device(src_device, tgt_device);

 list_add(&tgt_device->dev_alloc_list, &fs_devices->alloc_list);
 fs_devices->rw_devices++;

 dev_replace->replace_task = NULL;
 up_write(&dev_replace->rwsem);
 btrfs_rm_dev_replace_blocked(fs_info);

 btrfs_rm_dev_replace_remove_srcdev(src_device);

 btrfs_rm_dev_replace_unblocked(fs_info);

 /*
  * Increment dev_stats_ccnt so that btrfs_run_dev_stats() will
  * update on-disk dev stats value during commit transaction
 */
 atomic_inc(&tgt_device->dev_stats_ccnt);

 /*
  * this is again a consistent state where no dev_replace procedure
  * is running, the target device is part of the filesystem, the
  * source device is not part of the filesystem anymore and its 1st
  * superblock is scratched out so that it is no longer marked to
  * belong to this filesystem.
 */
 mutex_unlock(&fs_info->chunk_mutex);
 mutex_unlock(&fs_devices->device_list_mutex);

 /* replace the sysfs entry */
 btrfs_sysfs_remove_device(src_device);
 btrfs_sysfs_update_devid(tgt_device);
 if (test_bit(BTRFS_DEV_STATE_WRITEABLE, &src_device->dev_state))
  btrfs_scratch_superblocks(fs_info, src_device);

 /* write back the superblocks */
 trans = btrfs_start_transaction(root, 0);
 if (!IS_ERR(trans))
  btrfs_commit_transaction(trans);

 mutex_unlock(&dev_replace->lock_finishing_cancel_unmount);

 btrfs_rm_dev_replace_free_srcdev(src_device);

 return 0;
}

/*
 * Read progress of device replace status according to the state and last
 * stored position. The value format is the same as for
 * btrfs_dev_replace::progress_1000
 */
static u64 btrfs_dev_replace_progress(struct btrfs_fs_info *fs_info)
{
 struct btrfs_dev_replace *dev_replace = &fs_info->dev_replace;
 u64 ret = 0;

 switch (dev_replace->replace_state) {
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_NEVER_STARTED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_CANCELED:
  ret = 0;
  break;
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_FINISHED:
  ret = 1000;
  break;
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_STARTED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_SUSPENDED:
  ret = div64_u64(dev_replace->cursor_left,
    div_u64(btrfs_device_get_total_bytes(
      dev_replace->srcdev), 1000));
  break;
 }

 return ret;
}

void btrfs_dev_replace_status(struct btrfs_fs_info *fs_info,
         struct btrfs_ioctl_dev_replace_args *args)
{
 struct btrfs_dev_replace *dev_replace = &fs_info->dev_replace;

 down_read(&dev_replace->rwsem);
 /* even if !dev_replace_is_valid, the values are good enough for
 * the replace_status ioctl */
 args->result = BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_RESULT_NO_ERROR;
 args->status.replace_state = dev_replace->replace_state;
 args->status.time_started = dev_replace->time_started;
 args->status.time_stopped = dev_replace->time_stopped;
 args->status.num_write_errors =
  atomic64_read(&dev_replace->num_write_errors);
 args->status.num_uncorrectable_read_errors =
  atomic64_read(&dev_replace->num_uncorrectable_read_errors);
 args->status.progress_1000 = btrfs_dev_replace_progress(fs_info);
 up_read(&dev_replace->rwsem);
}

int btrfs_dev_replace_cancel(struct btrfs_fs_info *fs_info)
{
 struct btrfs_dev_replace *dev_replace = &fs_info->dev_replace;
 struct btrfs_device *tgt_device = NULL;
 struct btrfs_device *src_device = NULL;
 struct btrfs_trans_handle *trans;
 struct btrfs_root *root = fs_info->tree_root;
 int result;
 int ret;

 if (sb_rdonly(fs_info->sb))
  return -EROFS;

 mutex_lock(&dev_replace->lock_finishing_cancel_unmount);
 down_write(&dev_replace->rwsem);
 switch (dev_replace->replace_state) {
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_NEVER_STARTED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_FINISHED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_CANCELED:
  result = BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_RESULT_NOT_STARTED;
  up_write(&dev_replace->rwsem);
  break;
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_STARTED:
  tgt_device = dev_replace->tgtdev;
  src_device = dev_replace->srcdev;
  up_write(&dev_replace->rwsem);
  ret = btrfs_scrub_cancel(fs_info);
  if (ret < 0) {
   result = BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_RESULT_NOT_STARTED;
  } else {
   result = BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_RESULT_NO_ERROR;
   /*
    * btrfs_dev_replace_finishing() will handle the
    * cleanup part
 */
   btrfs_info(fs_info,
    "dev_replace from %s (devid %llu) to %s canceled",
    btrfs_dev_name(src_device), src_device->devid,
    btrfs_dev_name(tgt_device));
  }
  break;
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_SUSPENDED:
  /*
   * Scrub doing the replace isn't running so we need to do the
   * cleanup step of btrfs_dev_replace_finishing() here
 */
  result = BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_RESULT_NO_ERROR;
  tgt_device = dev_replace->tgtdev;
  src_device = dev_replace->srcdev;
  dev_replace->tgtdev = NULL;
  dev_replace->srcdev = NULL;
  dev_replace->replace_state =
    BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_CANCELED;
  dev_replace->time_stopped = ktime_get_real_seconds();
  dev_replace->item_needs_writeback = 1;

  up_write(&dev_replace->rwsem);

  /* Scrub for replace must not be running in suspended state */
  btrfs_scrub_cancel(fs_info);

  trans = btrfs_start_transaction(root, 0);
  if (IS_ERR(trans)) {
   mutex_unlock(&dev_replace->lock_finishing_cancel_unmount);
   return PTR_ERR(trans);
  }
  ret = btrfs_commit_transaction(trans);
  WARN_ON(ret);

  btrfs_info(fs_info,
  "suspended dev_replace from %s (devid %llu) to %s canceled",
   btrfs_dev_name(src_device), src_device->devid,
   btrfs_dev_name(tgt_device));

  if (tgt_device)
   btrfs_destroy_dev_replace_tgtdev(tgt_device);
  break;
 default:
  up_write(&dev_replace->rwsem);
  result = -EINVAL;
 }

 mutex_unlock(&dev_replace->lock_finishing_cancel_unmount);
 return result;
}

void btrfs_dev_replace_suspend_for_unmount(struct btrfs_fs_info *fs_info)
{
 struct btrfs_dev_replace *dev_replace = &fs_info->dev_replace;

 mutex_lock(&dev_replace->lock_finishing_cancel_unmount);
 down_write(&dev_replace->rwsem);

 switch (dev_replace->replace_state) {
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_NEVER_STARTED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_FINISHED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_CANCELED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_SUSPENDED:
  break;
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_STARTED:
  dev_replace->replace_state =
   BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_SUSPENDED;
  dev_replace->time_stopped = ktime_get_real_seconds();
  dev_replace->item_needs_writeback = 1;
  btrfs_info(fs_info, "suspending dev_replace for unmount");
  break;
 }

 up_write(&dev_replace->rwsem);
 mutex_unlock(&dev_replace->lock_finishing_cancel_unmount);
}

/* resume dev_replace procedure that was interrupted by unmount */
int btrfs_resume_dev_replace_async(struct btrfs_fs_info *fs_info)
{
 struct task_struct *task;
 struct btrfs_dev_replace *dev_replace = &fs_info->dev_replace;

 down_write(&dev_replace->rwsem);

 switch (dev_replace->replace_state) {
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_NEVER_STARTED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_FINISHED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_CANCELED:
  up_write(&dev_replace->rwsem);
  return 0;
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_STARTED:
  break;
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_SUSPENDED:
  dev_replace->replace_state =
   BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_STARTED;
  break;
 }
 if (!dev_replace->tgtdev || !dev_replace->tgtdev->bdev) {
  btrfs_info(fs_info,
      "cannot continue dev_replace, tgtdev is missing");
  btrfs_info(fs_info,
      "you may cancel the operation after 'mount -o degraded'");
  dev_replace->replace_state =
     BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_SUSPENDED;
  up_write(&dev_replace->rwsem);
  return 0;
 }
 up_write(&dev_replace->rwsem);

 /*
  * This could collide with a paused balance, but the exclusive op logic
  * should never allow both to start and pause. We don't want to allow
  * dev-replace to start anyway.
 */
 if (!btrfs_exclop_start(fs_info, BTRFS_EXCLOP_DEV_REPLACE)) {
  down_write(&dev_replace->rwsem);
  dev_replace->replace_state =
     BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_SUSPENDED;
  up_write(&dev_replace->rwsem);
  btrfs_info(fs_info,
  "cannot resume dev-replace, other exclusive operation running");
  return 0;
 }

 task = kthread_run(btrfs_dev_replace_kthread, fs_info, "btrfs-devrepl");
 return PTR_ERR_OR_ZERO(task);
}

static int btrfs_dev_replace_kthread(void *data)
{
 struct btrfs_fs_info *fs_info = data;
 struct btrfs_dev_replace *dev_replace = &fs_info->dev_replace;
 u64 progress;
 int ret;

 progress = btrfs_dev_replace_progress(fs_info);
 progress = div_u64(progress, 10);
 btrfs_info(fs_info,
  "continuing dev_replace from %s (devid %llu) to target %s @%u%%",
  btrfs_dev_name(dev_replace->srcdev),
  dev_replace->srcdev->devid,
  btrfs_dev_name(dev_replace->tgtdev),
  (unsigned int)progress);

 ret = btrfs_scrub_dev(fs_info, dev_replace->srcdev->devid,
         dev_replace->committed_cursor_left,
         btrfs_device_get_total_bytes(dev_replace->srcdev),
         &dev_replace->scrub_progress, 0, 1);
 ret = btrfs_dev_replace_finishing(fs_info, ret);
 WARN_ON(ret && ret != -ECANCELED);

 btrfs_exclop_finish(fs_info);
 return 0;
}

bool __pure btrfs_dev_replace_is_ongoing(struct btrfs_dev_replace *dev_replace)
{
 if (!dev_replace->is_valid)
  return false;

 switch (dev_replace->replace_state) {
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_NEVER_STARTED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_FINISHED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_CANCELED:
  return false;
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_STARTED:
 case BTRFS_IOCTL_DEV_REPLACE_STATE_SUSPENDED:
  /*
   * return true even if tgtdev is missing (this is
   * something that can happen if the dev_replace
   * procedure is suspended by an umount and then
   * the tgtdev is missing (or "btrfs dev scan") was
   * not called and the filesystem is remounted
   * in degraded state. This does not stop the
   * dev_replace procedure. It needs to be canceled
   * manually if the cancellation is wanted.
 */
  break;
 }
 return true;
}

void btrfs_bio_counter_sub(struct btrfs_fs_info *fs_info, s64 amount)
{
 percpu_counter_sub(&fs_info->dev_replace.bio_counter, amount);
 cond_wake_up_nomb(&fs_info->dev_replace.replace_wait);
}

void btrfs_bio_counter_inc_blocked(struct btrfs_fs_info *fs_info)
{
 while (1) {
  percpu_counter_inc(&fs_info->dev_replace.bio_counter);
  if (likely(!test_bit(BTRFS_FS_STATE_DEV_REPLACING,
         &fs_info->fs_state)))
   break;

  btrfs_bio_counter_dec(fs_info);
  wait_event(fs_info->dev_replace.replace_wait,
      !test_bit(BTRFS_FS_STATE_DEV_REPLACING,
         &fs_info->fs_state));
 }
}