libnvdimm: Non-Volatile Devices
[linux/fpc-iii.git] / Documentation / nvdimm / nvdimm.txt
blob197a0b6b058215c60f3d79f3f40cc2aca4504013
1                           LIBNVDIMM: Non-Volatile Devices
2               libnvdimm - kernel / libndctl - userspace helper library
3                            linux-nvdimm@lists.01.org
4                                       v13
7         Glossary
8         Overview
9             Supporting Documents
10             Git Trees
11         LIBNVDIMM PMEM and BLK
12         Why BLK?
13             PMEM vs BLK
14                 BLK-REGIONs, PMEM-REGIONs, Atomic Sectors, and DAX
15         Example NVDIMM Platform
16         LIBNVDIMM Kernel Device Model and LIBNDCTL Userspace API
17             LIBNDCTL: Context
18                 libndctl: instantiate a new library context example
19             LIBNVDIMM/LIBNDCTL: Bus
20                 libnvdimm: control class device in /sys/class
21                 libnvdimm: bus
22                 libndctl: bus enumeration example
23             LIBNVDIMM/LIBNDCTL: DIMM (NMEM)
24                 libnvdimm: DIMM (NMEM)
25                 libndctl: DIMM enumeration example
26             LIBNVDIMM/LIBNDCTL: Region
27                 libnvdimm: region
28                 libndctl: region enumeration example
29                 Why Not Encode the Region Type into the Region Name?
30                 How Do I Determine the Major Type of a Region?
31             LIBNVDIMM/LIBNDCTL: Namespace
32                 libnvdimm: namespace
33                 libndctl: namespace enumeration example
34                 libndctl: namespace creation example
35                 Why the Term "namespace"?
36             LIBNVDIMM/LIBNDCTL: Block Translation Table "btt"
37                 libnvdimm: btt layout
38                 libndctl: btt creation example
39         Summary LIBNDCTL Diagram
42 Glossary
43 --------
45 PMEM: A system-physical-address range where writes are persistent.  A
46 block device composed of PMEM is capable of DAX.  A PMEM address range
47 may span an interleave of several DIMMs.
49 BLK: A set of one or more programmable memory mapped apertures provided
50 by a DIMM to access its media.  This indirection precludes the
51 performance benefit of interleaving, but enables DIMM-bounded failure
52 modes.
54 DPA: DIMM Physical Address, is a DIMM-relative offset.  With one DIMM in
55 the system there would be a 1:1 system-physical-address:DPA association.
56 Once more DIMMs are added a memory controller interleave must be
57 decoded to determine the DPA associated with a given
58 system-physical-address.  BLK capacity always has a 1:1 relationship
59 with a single-DIMM's DPA range.
61 DAX: File system extensions to bypass the page cache and block layer to
62 mmap persistent memory, from a PMEM block device, directly into a
63 process address space.
65 BTT: Block Translation Table: Persistent memory is byte addressable.
66 Existing software may have an expectation that the power-fail-atomicity
67 of writes is at least one sector, 512 bytes.  The BTT is an indirection
68 table with atomic update semantics to front a PMEM/BLK block device
69 driver and present arbitrary atomic sector sizes.
71 LABEL: Metadata stored on a DIMM device that partitions and identifies
72 (persistently names) storage between PMEM and BLK.  It also partitions
73 BLK storage to host BTTs with different parameters per BLK-partition.
74 Note that traditional partition tables, GPT/MBR, are layered on top of a
75 BLK or PMEM device.
78 Overview
79 --------
81 The LIBNVDIMM subsystem provides support for three types of NVDIMMs, namely,
82 PMEM, BLK, and NVDIMM devices that can simultaneously support both PMEM
83 and BLK mode access.  These three modes of operation are described by
84 the "NVDIMM Firmware Interface Table" (NFIT) in ACPI 6.  While the LIBNVDIMM
85 implementation is generic and supports pre-NFIT platforms, it was guided
86 by the superset of capabilities need to support this ACPI 6 definition
87 for NVDIMM resources.  The bulk of the kernel implementation is in place
88 to handle the case where DPA accessible via PMEM is aliased with DPA
89 accessible via BLK.  When that occurs a LABEL is needed to reserve DPA
90 for exclusive access via one mode a time.
92 Supporting Documents
93 ACPI 6: http://www.uefi.org/sites/default/files/resources/ACPI_6.0.pdf
94 NVDIMM Namespace: http://pmem.io/documents/NVDIMM_Namespace_Spec.pdf
95 DSM Interface Example: http://pmem.io/documents/NVDIMM_DSM_Interface_Example.pdf
96 Driver Writer's Guide: http://pmem.io/documents/NVDIMM_Driver_Writers_Guide.pdf
98 Git Trees
99 LIBNVDIMM: https://git.kernel.org/cgit/linux/kernel/git/djbw/nvdimm.git
100 LIBNDCTL: https://github.com/pmem/ndctl.git
101 PMEM: https://github.com/01org/prd
104 LIBNVDIMM PMEM and BLK
105 ------------------
107 Prior to the arrival of the NFIT, non-volatile memory was described to a
108 system in various ad-hoc ways.  Usually only the bare minimum was
109 provided, namely, a single system-physical-address range where writes
110 are expected to be durable after a system power loss.  Now, the NFIT
111 specification standardizes not only the description of PMEM, but also
112 BLK and platform message-passing entry points for control and
113 configuration.
115 For each NVDIMM access method (PMEM, BLK), LIBNVDIMM provides a block
116 device driver:
118     1. PMEM (nd_pmem.ko): Drives a system-physical-address range.  This
119     range is contiguous in system memory and may be interleaved (hardware
120     memory controller striped) across multiple DIMMs.  When interleaved the
121     platform may optionally provide details of which DIMMs are participating
122     in the interleave.
124     Note that while LIBNVDIMM describes system-physical-address ranges that may
125     alias with BLK access as ND_NAMESPACE_PMEM ranges and those without
126     alias as ND_NAMESPACE_IO ranges, to the nd_pmem driver there is no
127     distinction.  The different device-types are an implementation detail
128     that userspace can exploit to implement policies like "only interface
129     with address ranges from certain DIMMs".  It is worth noting that when
130     aliasing is present and a DIMM lacks a label, then no block device can
131     be created by default as userspace needs to do at least one allocation
132     of DPA to the PMEM range.  In contrast ND_NAMESPACE_IO ranges, once
133     registered, can be immediately attached to nd_pmem.
135     2. BLK (nd_blk.ko): This driver performs I/O using a set of platform
136     defined apertures.  A set of apertures will all access just one DIMM.
137     Multiple windows allow multiple concurrent accesses, much like
138     tagged-command-queuing, and would likely be used by different threads or
139     different CPUs.
141     The NFIT specification defines a standard format for a BLK-aperture, but
142     the spec also allows for vendor specific layouts, and non-NFIT BLK
143     implementations may other designs for BLK I/O.  For this reason "nd_blk"
144     calls back into platform-specific code to perform the I/O.  One such
145     implementation is defined in the "Driver Writer's Guide" and "DSM
146     Interface Example".
149 Why BLK?
150 --------
152 While PMEM provides direct byte-addressable CPU-load/store access to
153 NVDIMM storage, it does not provide the best system RAS (recovery,
154 availability, and serviceability) model.  An access to a corrupted
155 system-physical-address address causes a cpu exception while an access
156 to a corrupted address through an BLK-aperture causes that block window
157 to raise an error status in a register.  The latter is more aligned with
158 the standard error model that host-bus-adapter attached disks present.
159 Also, if an administrator ever wants to replace a memory it is easier to
160 service a system at DIMM module boundaries.  Compare this to PMEM where
161 data could be interleaved in an opaque hardware specific manner across
162 several DIMMs.
164 PMEM vs BLK
165 BLK-apertures solve this RAS problem, but their presence is also the
166 major contributing factor to the complexity of the ND subsystem.  They
167 complicate the implementation because PMEM and BLK alias in DPA space.
168 Any given DIMM's DPA-range may contribute to one or more
169 system-physical-address sets of interleaved DIMMs, *and* may also be
170 accessed in its entirety through its BLK-aperture.  Accessing a DPA
171 through a system-physical-address while simultaneously accessing the
172 same DPA through a BLK-aperture has undefined results.  For this reason,
173 DIMMs with this dual interface configuration include a DSM function to
174 store/retrieve a LABEL.  The LABEL effectively partitions the DPA-space
175 into exclusive system-physical-address and BLK-aperture accessible
176 regions.  For simplicity a DIMM is allowed a PMEM "region" per each
177 interleave set in which it is a member.  The remaining DPA space can be
178 carved into an arbitrary number of BLK devices with discontiguous
179 extents.
181 BLK-REGIONs, PMEM-REGIONs, Atomic Sectors, and DAX
182 --------------------------------------------------
184 One of the few
185 reasons to allow multiple BLK namespaces per REGION is so that each
186 BLK-namespace can be configured with a BTT with unique atomic sector
187 sizes.  While a PMEM device can host a BTT the LABEL specification does
188 not provide for a sector size to be specified for a PMEM namespace.
189 This is due to the expectation that the primary usage model for PMEM is
190 via DAX, and the BTT is incompatible with DAX.  However, for the cases
191 where an application or filesystem still needs atomic sector update
192 guarantees it can register a BTT on a PMEM device or partition.  See
193 LIBNVDIMM/NDCTL: Block Translation Table "btt"
196 Example NVDIMM Platform
197 -----------------------
199 For the remainder of this document the following diagram will be
200 referenced for any example sysfs layouts.
203                              (a)               (b)           DIMM   BLK-REGION
204           +-------------------+--------+--------+--------+
205 +------+  |       pm0.0       | blk2.0 | pm1.0  | blk2.1 |    0      region2
206 | imc0 +--+- - - region0- - - +--------+        +--------+
207 +--+---+  |       pm0.0       | blk3.0 | pm1.0  | blk3.1 |    1      region3
208    |      +-------------------+--------v        v--------+
209 +--+---+                               |                 |
210 | cpu0 |                                     region1
211 +--+---+                               |                 |
212    |      +----------------------------^        ^--------+
213 +--+---+  |           blk4.0           | pm1.0  | blk4.0 |    2      region4
214 | imc1 +--+----------------------------|        +--------+
215 +------+  |           blk5.0           | pm1.0  | blk5.0 |    3      region5
216           +----------------------------+--------+--------+
218 In this platform we have four DIMMs and two memory controllers in one
219 socket.  Each unique interface (BLK or PMEM) to DPA space is identified
220 by a region device with a dynamically assigned id (REGION0 - REGION5).
222     1. The first portion of DIMM0 and DIMM1 are interleaved as REGION0. A
223     single PMEM namespace is created in the REGION0-SPA-range that spans
224     DIMM0 and DIMM1 with a user-specified name of "pm0.0". Some of that
225     interleaved system-physical-address range is reclaimed as BLK-aperture
226     accessed space starting at DPA-offset (a) into each DIMM.  In that
227     reclaimed space we create two BLK-aperture "namespaces" from REGION2 and
228     REGION3 where "blk2.0" and "blk3.0" are just human readable names that
229     could be set to any user-desired name in the LABEL.
231     2. In the last portion of DIMM0 and DIMM1 we have an interleaved
232     system-physical-address range, REGION1, that spans those two DIMMs as
233     well as DIMM2 and DIMM3.  Some of REGION1 allocated to a PMEM namespace
234     named "pm1.0" the rest is reclaimed in 4 BLK-aperture namespaces (for
235     each DIMM in the interleave set), "blk2.1", "blk3.1", "blk4.0", and
236     "blk5.0".
238     3. The portion of DIMM2 and DIMM3 that do not participate in the REGION1
239     interleaved system-physical-address range (i.e. the DPA address below
240     offset (b) are also included in the "blk4.0" and "blk5.0" namespaces.
241     Note, that this example shows that BLK-aperture namespaces don't need to
242     be contiguous in DPA-space.
244     This bus is provided by the kernel under the device
245     /sys/devices/platform/nfit_test.0 when CONFIG_NFIT_TEST is enabled and
246     the nfit_test.ko module is loaded.  This not only test LIBNVDIMM but the
247     acpi_nfit.ko driver as well.
250 LIBNVDIMM Kernel Device Model and LIBNDCTL Userspace API
251 ----------------------------------------------------
253 What follows is a description of the LIBNVDIMM sysfs layout and a
254 corresponding object hierarchy diagram as viewed through the LIBNDCTL
255 api.  The example sysfs paths and diagrams are relative to the Example
256 NVDIMM Platform which is also the LIBNVDIMM bus used in the LIBNDCTL unit
257 test.
259 LIBNDCTL: Context
260 Every api call in the LIBNDCTL library requires a context that holds the
261 logging parameters and other library instance state.  The library is
262 based on the libabc template:
263 https://git.kernel.org/cgit/linux/kernel/git/kay/libabc.git/
265 LIBNDCTL: instantiate a new library context example
267         struct ndctl_ctx *ctx;
269         if (ndctl_new(&ctx) == 0)
270                 return ctx;
271         else
272                 return NULL;
274 LIBNVDIMM/LIBNDCTL: Bus
275 -------------------
277 A bus has a 1:1 relationship with an NFIT.  The current expectation for
278 ACPI based systems is that there is only ever one platform-global NFIT.
279 That said, it is trivial to register multiple NFITs, the specification
280 does not preclude it.  The infrastructure supports multiple busses and
281 we we use this capability to test multiple NFIT configurations in the
282 unit test.
284 LIBNVDIMM: control class device in /sys/class
286 This character device accepts DSM messages to be passed to DIMM
287 identified by its NFIT handle.
289         /sys/class/nd/ndctl0
290         |-- dev
291         |-- device -> ../../../ndbus0
292         |-- subsystem -> ../../../../../../../class/nd
296 LIBNVDIMM: bus
298         struct nvdimm_bus *nvdimm_bus_register(struct device *parent,
299                struct nvdimm_bus_descriptor *nfit_desc);
301         /sys/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0
302         |-- commands
303         |-- nd
304         |-- nfit
305         |-- nmem0
306         |-- nmem1
307         |-- nmem2
308         |-- nmem3
309         |-- power
310         |-- provider
311         |-- region0
312         |-- region1
313         |-- region2
314         |-- region3
315         |-- region4
316         |-- region5
317         |-- uevent
318         `-- wait_probe
320 LIBNDCTL: bus enumeration example
321 Find the bus handle that describes the bus from Example NVDIMM Platform
323         static struct ndctl_bus *get_bus_by_provider(struct ndctl_ctx *ctx,
324                         const char *provider)
325         {
326                 struct ndctl_bus *bus;
328                 ndctl_bus_foreach(ctx, bus)
329                         if (strcmp(provider, ndctl_bus_get_provider(bus)) == 0)
330                                 return bus;
332                 return NULL;
333         }
335         bus = get_bus_by_provider(ctx, "nfit_test.0");
338 LIBNVDIMM/LIBNDCTL: DIMM (NMEM)
339 ---------------------------
341 The DIMM device provides a character device for sending commands to
342 hardware, and it is a container for LABELs.  If the DIMM is defined by
343 NFIT then an optional 'nfit' attribute sub-directory is available to add
344 NFIT-specifics.
346 Note that the kernel device name for "DIMMs" is "nmemX".  The NFIT
347 describes these devices via "Memory Device to System Physical Address
348 Range Mapping Structure", and there is no requirement that they actually
349 be physical DIMMs, so we use a more generic name.
351 LIBNVDIMM: DIMM (NMEM)
353         struct nvdimm *nvdimm_create(struct nvdimm_bus *nvdimm_bus, void *provider_data,
354                         const struct attribute_group **groups, unsigned long flags,
355                         unsigned long *dsm_mask);
357         /sys/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0
358         |-- nmem0
359         |   |-- available_slots
360         |   |-- commands
361         |   |-- dev
362         |   |-- devtype
363         |   |-- driver -> ../../../../../bus/nd/drivers/nvdimm
364         |   |-- modalias
365         |   |-- nfit
366         |   |   |-- device
367         |   |   |-- format
368         |   |   |-- handle
369         |   |   |-- phys_id
370         |   |   |-- rev_id
371         |   |   |-- serial
372         |   |   `-- vendor
373         |   |-- state
374         |   |-- subsystem -> ../../../../../bus/nd
375         |   `-- uevent
376         |-- nmem1
377         [..]
380 LIBNDCTL: DIMM enumeration example
382 Note, in this example we are assuming NFIT-defined DIMMs which are
383 identified by an "nfit_handle" a 32-bit value where:
384 Bit 3:0 DIMM number within the memory channel
385 Bit 7:4 memory channel number
386 Bit 11:8 memory controller ID
387 Bit 15:12 socket ID (within scope of a Node controller if node controller is present)
388 Bit 27:16 Node Controller ID
389 Bit 31:28 Reserved
391         static struct ndctl_dimm *get_dimm_by_handle(struct ndctl_bus *bus,
392                unsigned int handle)
393         {
394                 struct ndctl_dimm *dimm;
396                 ndctl_dimm_foreach(bus, dimm)
397                         if (ndctl_dimm_get_handle(dimm) == handle)
398                                 return dimm;
400                 return NULL;
401         }
403         #define DIMM_HANDLE(n, s, i, c, d) \
404                 (((n & 0xfff) << 16) | ((s & 0xf) << 12) | ((i & 0xf) << 8) \
405                  | ((c & 0xf) << 4) | (d & 0xf))
407         dimm = get_dimm_by_handle(bus, DIMM_HANDLE(0, 0, 0, 0, 0));
409 LIBNVDIMM/LIBNDCTL: Region
410 ----------------------
412 A generic REGION device is registered for each PMEM range orBLK-aperture
413 set.  Per the example there are 6 regions: 2 PMEM and 4 BLK-aperture
414 sets on the "nfit_test.0" bus.  The primary role of regions are to be a
415 container of "mappings".  A mapping is a tuple of <DIMM,
416 DPA-start-offset, length>.
418 LIBNVDIMM provides a built-in driver for these REGION devices.  This driver
419 is responsible for reconciling the aliased DPA mappings across all
420 regions, parsing the LABEL, if present, and then emitting NAMESPACE
421 devices with the resolved/exclusive DPA-boundaries for the nd_pmem or
422 nd_blk device driver to consume.
424 In addition to the generic attributes of "mapping"s, "interleave_ways"
425 and "size" the REGION device also exports some convenience attributes.
426 "nstype" indicates the integer type of namespace-device this region
427 emits, "devtype" duplicates the DEVTYPE variable stored by udev at the
428 'add' event, "modalias" duplicates the MODALIAS variable stored by udev
429 at the 'add' event, and finally, the optional "spa_index" is provided in
430 the case where the region is defined by a SPA.
432 LIBNVDIMM: region
434         struct nd_region *nvdimm_pmem_region_create(struct nvdimm_bus *nvdimm_bus,
435                         struct nd_region_desc *ndr_desc);
436         struct nd_region *nvdimm_blk_region_create(struct nvdimm_bus *nvdimm_bus,
437                         struct nd_region_desc *ndr_desc);
439         /sys/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0
440         |-- region0
441         |   |-- available_size
442         |   |-- btt0
443         |   |-- btt_seed
444         |   |-- devtype
445         |   |-- driver -> ../../../../../bus/nd/drivers/nd_region
446         |   |-- init_namespaces
447         |   |-- mapping0
448         |   |-- mapping1
449         |   |-- mappings
450         |   |-- modalias
451         |   |-- namespace0.0
452         |   |-- namespace_seed
453         |   |-- numa_node
454         |   |-- nfit
455         |   |   `-- spa_index
456         |   |-- nstype
457         |   |-- set_cookie
458         |   |-- size
459         |   |-- subsystem -> ../../../../../bus/nd
460         |   `-- uevent
461         |-- region1
462         [..]
464 LIBNDCTL: region enumeration example
466 Sample region retrieval routines based on NFIT-unique data like
467 "spa_index" (interleave set id) for PMEM and "nfit_handle" (dimm id) for
468 BLK.
470         static struct ndctl_region *get_pmem_region_by_spa_index(struct ndctl_bus *bus,
471                         unsigned int spa_index)
472         {
473                 struct ndctl_region *region;
475                 ndctl_region_foreach(bus, region) {
476                         if (ndctl_region_get_type(region) != ND_DEVICE_REGION_PMEM)
477                                 continue;
478                         if (ndctl_region_get_spa_index(region) == spa_index)
479                                 return region;
480                 }
481                 return NULL;
482         }
484         static struct ndctl_region *get_blk_region_by_dimm_handle(struct ndctl_bus *bus,
485                         unsigned int handle)
486         {
487                 struct ndctl_region *region;
489                 ndctl_region_foreach(bus, region) {
490                         struct ndctl_mapping *map;
492                         if (ndctl_region_get_type(region) != ND_DEVICE_REGION_BLOCK)
493                                 continue;
494                         ndctl_mapping_foreach(region, map) {
495                                 struct ndctl_dimm *dimm = ndctl_mapping_get_dimm(map);
497                                 if (ndctl_dimm_get_handle(dimm) == handle)
498                                         return region;
499                         }
500                 }
501                 return NULL;
502         }
505 Why Not Encode the Region Type into the Region Name?
506 ----------------------------------------------------
508 At first glance it seems since NFIT defines just PMEM and BLK interface
509 types that we should simply name REGION devices with something derived
510 from those type names.  However, the ND subsystem explicitly keeps the
511 REGION name generic and expects userspace to always consider the
512 region-attributes for 4 reasons:
514     1. There are already more than two REGION and "namespace" types.  For
515     PMEM there are two subtypes.  As mentioned previously we have PMEM where
516     the constituent DIMM devices are known and anonymous PMEM.  For BLK
517     regions the NFIT specification already anticipates vendor specific
518     implementations.  The exact distinction of what a region contains is in
519     the region-attributes not the region-name or the region-devtype.
521     2. A region with zero child-namespaces is a possible configuration.  For
522     example, the NFIT allows for a DCR to be published without a
523     corresponding BLK-aperture.  This equates to a DIMM that can only accept
524     control/configuration messages, but no i/o through a descendant block
525     device.  Again, this "type" is advertised in the attributes ('mappings'
526     == 0) and the name does not tell you much.
528     3. What if a third major interface type arises in the future?  Outside
529     of vendor specific implementations, it's not difficult to envision a
530     third class of interface type beyond BLK and PMEM.  With a generic name
531     for the REGION level of the device-hierarchy old userspace
532     implementations can still make sense of new kernel advertised
533     region-types.  Userspace can always rely on the generic region
534     attributes like "mappings", "size", etc and the expected child devices
535     named "namespace".  This generic format of the device-model hierarchy
536     allows the LIBNVDIMM and LIBNDCTL implementations to be more uniform and
537     future-proof.
539     4. There are more robust mechanisms for determining the major type of a
540     region than a device name.  See the next section, How Do I Determine the
541     Major Type of a Region?
543 How Do I Determine the Major Type of a Region?
544 ----------------------------------------------
546 Outside of the blanket recommendation of "use libndctl", or simply
547 looking at the kernel header (/usr/include/linux/ndctl.h) to decode the
548 "nstype" integer attribute, here are some other options.
550     1. module alias lookup:
552     The whole point of region/namespace device type differentiation is to
553     decide which block-device driver will attach to a given LIBNVDIMM namespace.
554     One can simply use the modalias to lookup the resulting module.  It's
555     important to note that this method is robust in the presence of a
556     vendor-specific driver down the road.  If a vendor-specific
557     implementation wants to supplant the standard nd_blk driver it can with
558     minimal impact to the rest of LIBNVDIMM.
560     In fact, a vendor may also want to have a vendor-specific region-driver
561     (outside of nd_region).  For example, if a vendor defined its own LABEL
562     format it would need its own region driver to parse that LABEL and emit
563     the resulting namespaces.  The output from module resolution is more
564     accurate than a region-name or region-devtype.
566     2. udev:
568     The kernel "devtype" is registered in the udev database
569     # udevadm info --path=/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0/region0
570     P: /devices/platform/nfit_test.0/ndbus0/region0
571     E: DEVPATH=/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0/region0
572     E: DEVTYPE=nd_pmem
573     E: MODALIAS=nd:t2
574     E: SUBSYSTEM=nd
576     # udevadm info --path=/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0/region4
577     P: /devices/platform/nfit_test.0/ndbus0/region4
578     E: DEVPATH=/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0/region4
579     E: DEVTYPE=nd_blk
580     E: MODALIAS=nd:t3
581     E: SUBSYSTEM=nd
583     ...and is available as a region attribute, but keep in mind that the
584     "devtype" does not indicate sub-type variations and scripts should
585     really be understanding the other attributes.
587     3. type specific attributes:
589     As it currently stands a BLK-aperture region will never have a
590     "nfit/spa_index" attribute, but neither will a non-NFIT PMEM region.  A
591     BLK region with a "mappings" value of 0 is, as mentioned above, a DIMM
592     that does not allow I/O.  A PMEM region with a "mappings" value of zero
593     is a simple system-physical-address range.
596 LIBNVDIMM/LIBNDCTL: Namespace
597 -------------------------
599 A REGION, after resolving DPA aliasing and LABEL specified boundaries,
600 surfaces one or more "namespace" devices.  The arrival of a "namespace"
601 device currently triggers either the nd_blk or nd_pmem driver to load
602 and register a disk/block device.
604 LIBNVDIMM: namespace
605 Here is a sample layout from the three major types of NAMESPACE where
606 namespace0.0 represents DIMM-info-backed PMEM (note that it has a 'uuid'
607 attribute), namespace2.0 represents a BLK namespace (note it has a
608 'sector_size' attribute) that, and namespace6.0 represents an anonymous
609 PMEM namespace (note that has no 'uuid' attribute due to not support a
610 LABEL).
612         /sys/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0/region0/namespace0.0
613         |-- alt_name
614         |-- devtype
615         |-- dpa_extents
616         |-- force_raw
617         |-- modalias
618         |-- numa_node
619         |-- resource
620         |-- size
621         |-- subsystem -> ../../../../../../bus/nd
622         |-- type
623         |-- uevent
624         `-- uuid
625         /sys/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0/region2/namespace2.0
626         |-- alt_name
627         |-- devtype
628         |-- dpa_extents
629         |-- force_raw
630         |-- modalias
631         |-- numa_node
632         |-- sector_size
633         |-- size
634         |-- subsystem -> ../../../../../../bus/nd
635         |-- type
636         |-- uevent
637         `-- uuid
638         /sys/devices/platform/nfit_test.1/ndbus1/region6/namespace6.0
639         |-- block
640         |   `-- pmem0
641         |-- devtype
642         |-- driver -> ../../../../../../bus/nd/drivers/pmem
643         |-- force_raw
644         |-- modalias
645         |-- numa_node
646         |-- resource
647         |-- size
648         |-- subsystem -> ../../../../../../bus/nd
649         |-- type
650         `-- uevent
652 LIBNDCTL: namespace enumeration example
653 Namespaces are indexed relative to their parent region, example below.
654 These indexes are mostly static from boot to boot, but subsystem makes
655 no guarantees in this regard.  For a static namespace identifier use its
656 'uuid' attribute.
658 static struct ndctl_namespace *get_namespace_by_id(struct ndctl_region *region,
659                 unsigned int id)
661         struct ndctl_namespace *ndns;
663         ndctl_namespace_foreach(region, ndns)
664                 if (ndctl_namespace_get_id(ndns) == id)
665                         return ndns;
667         return NULL;
670 LIBNDCTL: namespace creation example
671 Idle namespaces are automatically created by the kernel if a given
672 region has enough available capacity to create a new namespace.
673 Namespace instantiation involves finding an idle namespace and
674 configuring it.  For the most part the setting of namespace attributes
675 can occur in any order, the only constraint is that 'uuid' must be set
676 before 'size'.  This enables the kernel to track DPA allocations
677 internally with a static identifier.
679 static int configure_namespace(struct ndctl_region *region,
680                 struct ndctl_namespace *ndns,
681                 struct namespace_parameters *parameters)
683         char devname[50];
685         snprintf(devname, sizeof(devname), "namespace%d.%d",
686                         ndctl_region_get_id(region), paramaters->id);
688         ndctl_namespace_set_alt_name(ndns, devname);
689         /* 'uuid' must be set prior to setting size! */
690         ndctl_namespace_set_uuid(ndns, paramaters->uuid);
691         ndctl_namespace_set_size(ndns, paramaters->size);
692         /* unlike pmem namespaces, blk namespaces have a sector size */
693         if (parameters->lbasize)
694                 ndctl_namespace_set_sector_size(ndns, parameters->lbasize);
695         ndctl_namespace_enable(ndns);
699 Why the Term "namespace"?
701     1. Why not "volume" for instance?  "volume" ran the risk of confusing ND
702     as a volume manager like device-mapper.
704     2. The term originated to describe the sub-devices that can be created
705     within a NVME controller (see the nvme specification:
706     http://www.nvmexpress.org/specifications/), and NFIT namespaces are
707     meant to parallel the capabilities and configurability of
708     NVME-namespaces.
711 LIBNVDIMM/LIBNDCTL: Block Translation Table "btt"
712 ---------------------------------------------
714 A BTT (design document: http://pmem.io/2014/09/23/btt.html) is a stacked
715 block device driver that fronts either the whole block device or a
716 partition of a block device emitted by either a PMEM or BLK NAMESPACE.
718 LIBNVDIMM: btt layout
719 Every region will start out with at least one BTT device which is the
720 seed device.  To activate it set the "namespace", "uuid", and
721 "sector_size" attributes and then bind the device to the nd_pmem or
722 nd_blk driver depending on the region type.
724         /sys/devices/platform/nfit_test.1/ndbus0/region0/btt0/
725         |-- namespace
726         |-- delete
727         |-- devtype
728         |-- modalias
729         |-- numa_node
730         |-- sector_size
731         |-- subsystem -> ../../../../../bus/nd
732         |-- uevent
733         `-- uuid
735 LIBNDCTL: btt creation example
736 Similar to namespaces an idle BTT device is automatically created per
737 region.  Each time this "seed" btt device is configured and enabled a new
738 seed is created.  Creating a BTT configuration involves two steps of
739 finding and idle BTT and assigning it to consume a PMEM or BLK namespace.
741         static struct ndctl_btt *get_idle_btt(struct ndctl_region *region)
742         {
743                 struct ndctl_btt *btt;
745                 ndctl_btt_foreach(region, btt)
746                         if (!ndctl_btt_is_enabled(btt)
747                                         && !ndctl_btt_is_configured(btt))
748                                 return btt;
750                 return NULL;
751         }
753         static int configure_btt(struct ndctl_region *region,
754                         struct btt_parameters *parameters)
755         {
756                 btt = get_idle_btt(region);
758                 ndctl_btt_set_uuid(btt, parameters->uuid);
759                 ndctl_btt_set_sector_size(btt, parameters->sector_size);
760                 ndctl_btt_set_namespace(btt, parameters->ndns);
761                 /* turn off raw mode device */
762                 ndctl_namespace_disable(parameters->ndns);
763                 /* turn on btt access */
764                 ndctl_btt_enable(btt);
765         }
767 Once instantiated a new inactive btt seed device will appear underneath
768 the region.
770 Once a "namespace" is removed from a BTT that instance of the BTT device
771 will be deleted or otherwise reset to default values.  This deletion is
772 only at the device model level.  In order to destroy a BTT the "info
773 block" needs to be destroyed.  Note, that to destroy a BTT the media
774 needs to be written in raw mode.  By default, the kernel will autodetect
775 the presence of a BTT and disable raw mode.  This autodetect behavior
776 can be suppressed by enabling raw mode for the namespace via the
777 ndctl_namespace_set_raw_mode() api.
780 Summary LIBNDCTL Diagram
781 ------------------------
783 For the given example above, here is the view of the objects as seen by the LIBNDCTL api:
784             +---+
785             |CTX|    +---------+   +--------------+  +---------------+
786             +-+-+  +-> REGION0 +---> NAMESPACE0.0 +--> PMEM8 "pm0.0" |
787               |    | +---------+   +--------------+  +---------------+
788 +-------+     |    | +---------+   +--------------+  +---------------+
789 | DIMM0 <-+   |    +-> REGION1 +---> NAMESPACE1.0 +--> PMEM6 "pm1.0" |
790 +-------+ |   |    | +---------+   +--------------+  +---------------+
791 | DIMM1 <-+ +-v--+ | +---------+   +--------------+  +---------------+
792 +-------+ +-+BUS0+---> REGION2 +-+-> NAMESPACE2.0 +--> ND6  "blk2.0" |
793 | DIMM2 <-+ +----+ | +---------+ | +--------------+  +----------------------+
794 +-------+ |        |             +-> NAMESPACE2.1 +--> ND5  "blk2.1" | BTT2 |
795 | DIMM3 <-+        |               +--------------+  +----------------------+
796 +-------+          | +---------+   +--------------+  +---------------+
797                    +-> REGION3 +-+-> NAMESPACE3.0 +--> ND4  "blk3.0" |
798                    | +---------+ | +--------------+  +----------------------+
799                    |             +-> NAMESPACE3.1 +--> ND3  "blk3.1" | BTT1 |
800                    |               +--------------+  +----------------------+
801                    | +---------+   +--------------+  +---------------+
802                    +-> REGION4 +---> NAMESPACE4.0 +--> ND2  "blk4.0" |
803                    | +---------+   +--------------+  +---------------+
804                    | +---------+   +--------------+  +----------------------+
805                    +-> REGION5 +---> NAMESPACE5.0 +--> ND1  "blk5.0" | BTT0 |
806                      +---------+   +--------------+  +---------------+------+