fs/btrfs/inode-map.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2007 Oracle.  All rights reserved.
   3  *
   4  * This program is free software; you can redistribute it and/or
   5  * modify it under the terms of the GNU General Public
   6  * License v2 as published by the Free Software Foundation.
   7  *
   8  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
   9  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  11  * General Public License for more details.
  12  *
  13  * You should have received a copy of the GNU General Public
  14  * License along with this program; if not, write to the
  15  * Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330,
  16  * Boston, MA 021110-1307, USA.
  17  */
  18
  19 #include <linux/delay.h>
  20 #include <linux/kthread.h>
  21 #include <linux/pagemap.h>
  22
  23 #include "ctree.h"
  24 #include "disk-io.h"
  25 #include "free-space-cache.h"
  26 #include "inode-map.h"
  27 #include "transaction.h"
  28
  29 static int caching_kthread(void *data)
  30 {
  31         struct btrfs_root *root = data;
  32         struct btrfs_fs_info *fs_info = root->fs_info;
  33         struct btrfs_free_space_ctl *ctl = root->free_ino_ctl;
  34         struct btrfs_key key;
  35         struct btrfs_path *path;
  36         struct extent_buffer *leaf;
  37         u64 last = (u64)-1;
  38         int slot;
  39         int ret;
  40
  41         if (!btrfs_test_opt(root, INODE_MAP_CACHE))
  42                 return 0;
  43
  44         path = btrfs_alloc_path();
  45         if (!path)
  46                 return -ENOMEM;
  47
  48         /* Since the commit root is read-only, we can safely skip locking. */
  49         path->skip_locking = 1;
  50         path->search_commit_root = 1;
  51         path->reada = 2;
  52
  53         key.objectid = BTRFS_FIRST_FREE_OBJECTID;
  54         key.offset = 0;
  55         key.type = BTRFS_INODE_ITEM_KEY;
  56 again:
  57         /* need to make sure the commit_root doesn't disappear */
  58         mutex_lock(&root->fs_commit_mutex);
  59
  60         ret = btrfs_search_slot(NULL, root, &key, path, 0, 0);
  61         if (ret < 0)
  62                 goto out;
  63
  64         while (1) {
  65                 if (btrfs_fs_closing(fs_info))
  66                         goto out;
  67
  68                 leaf = path->nodes[0];
  69                 slot = path->slots[0];
  70                 if (slot >= btrfs_header_nritems(leaf)) {
  71                         ret = btrfs_next_leaf(root, path);
  72                         if (ret < 0)
  73                                 goto out;
  74                         else if (ret > 0)
  75                                 break;
  76
  77                         if (need_resched() ||
  78                             btrfs_transaction_in_commit(fs_info)) {
  79                                 leaf = path->nodes[0];
  80
  81                                 if (btrfs_header_nritems(leaf) == 0) {
  82                                         WARN_ON(1);
  83                                         break;
  84                                 }
  85
  86                                 /*
  87                                  * Save the key so we can advances forward
  88                                  * in the next search.
  89                                  */
  90                                 btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, 0);
  91                                 btrfs_release_path(path);
  92                                 root->cache_progress = last;
  93                                 mutex_unlock(&root->fs_commit_mutex);
  94                                 schedule_timeout(1);
  95                                 goto again;
  96                         } else
  97                                 continue;
  98                 }
  99
 100                 btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, slot);
 101
 102                 if (key.type != BTRFS_INODE_ITEM_KEY)
 103                         goto next;
 104
 105                 if (key.objectid >= root->highest_objectid)
 106                         break;
 107
 108                 if (last != (u64)-1 && last + 1 != key.objectid) {
 109                         __btrfs_add_free_space(ctl, last + 1,
 110                                                key.objectid - last - 1);
 111                         wake_up(&root->cache_wait);
 112                 }
 113
 114                 last = key.objectid;
 115 next:
 116                 path->slots[0]++;
 117         }
 118
 119         if (last < root->highest_objectid - 1) {
 120                 __btrfs_add_free_space(ctl, last + 1,
 121                                        root->highest_objectid - last - 1);
 122         }
 123
 124         spin_lock(&root->cache_lock);
 125         root->cached = BTRFS_CACHE_FINISHED;
 126         spin_unlock(&root->cache_lock);
 127
 128         root->cache_progress = (u64)-1;
 129         btrfs_unpin_free_ino(root);
 130 out:
 131         wake_up(&root->cache_wait);
 132         mutex_unlock(&root->fs_commit_mutex);
 133
 134         btrfs_free_path(path);
 135
 136         return ret;
 137 }
 138
 139 static void start_caching(struct btrfs_root *root)
 140 {
 141         struct btrfs_free_space_ctl *ctl = root->free_ino_ctl;
 142         struct task_struct *tsk;
 143         int ret;
 144         u64 objectid;
 145
 146         if (!btrfs_test_opt(root, INODE_MAP_CACHE))
 147                 return;
 148
 149         spin_lock(&root->cache_lock);
 150         if (root->cached != BTRFS_CACHE_NO) {
 151                 spin_unlock(&root->cache_lock);
 152                 return;
 153         }
 154
 155         root->cached = BTRFS_CACHE_STARTED;
 156         spin_unlock(&root->cache_lock);
 157
 158         ret = load_free_ino_cache(root->fs_info, root);
 159         if (ret == 1) {
 160                 spin_lock(&root->cache_lock);
 161                 root->cached = BTRFS_CACHE_FINISHED;
 162                 spin_unlock(&root->cache_lock);
 163                 return;
 164         }
 165
 166         /*
 167          * It can be quite time-consuming to fill the cache by searching
 168          * through the extent tree, and this can keep ino allocation path
 169          * waiting. Therefore at start we quickly find out the highest
 170          * inode number and we know we can use inode numbers which fall in
 171          * [highest_ino + 1, BTRFS_LAST_FREE_OBJECTID].
 172          */
 173         ret = btrfs_find_free_objectid(root, &objectid);
 174         if (!ret && objectid <= BTRFS_LAST_FREE_OBJECTID) {
 175                 __btrfs_add_free_space(ctl, objectid,
 176                                        BTRFS_LAST_FREE_OBJECTID - objectid + 1);
 177         }
 178
 179         tsk = kthread_run(caching_kthread, root, "btrfs-ino-cache-%llu\n",
 180                           root->root_key.objectid);
 181         BUG_ON(IS_ERR(tsk));
 182 }
 183
 184 int btrfs_find_free_ino(struct btrfs_root *root, u64 *objectid)
 185 {
 186         if (!btrfs_test_opt(root, INODE_MAP_CACHE))
 187                 return btrfs_find_free_objectid(root, objectid);
 188
 189 again:
 190         *objectid = btrfs_find_ino_for_alloc(root);
 191
 192         if (*objectid != 0)
 193                 return 0;
 194
 195         start_caching(root);
 196
 197         wait_event(root->cache_wait,
 198                    root->cached == BTRFS_CACHE_FINISHED ||
 199                    root->free_ino_ctl->free_space > 0);
 200
 201         if (root->cached == BTRFS_CACHE_FINISHED &&
 202             root->free_ino_ctl->free_space == 0)
 203                 return -ENOSPC;
 204         else
 205                 goto again;
 206 }
 207
 208 void btrfs_return_ino(struct btrfs_root *root, u64 objectid)
 209 {
 210         struct btrfs_free_space_ctl *pinned = root->free_ino_pinned;
 211
 212         if (!btrfs_test_opt(root, INODE_MAP_CACHE))
 213                 return;
 214 again:
 215         if (root->cached == BTRFS_CACHE_FINISHED) {
 216                 __btrfs_add_free_space(pinned, objectid, 1);
 217         } else {
 218                 mutex_lock(&root->fs_commit_mutex);
 219                 spin_lock(&root->cache_lock);
 220                 if (root->cached == BTRFS_CACHE_FINISHED) {
 221                         spin_unlock(&root->cache_lock);
 222                         mutex_unlock(&root->fs_commit_mutex);
 223                         goto again;
 224                 }
 225                 spin_unlock(&root->cache_lock);
 226
 227                 start_caching(root);
 228
 229                 __btrfs_add_free_space(pinned, objectid, 1);
 230
 231                 mutex_unlock(&root->fs_commit_mutex);
 232         }
 233 }
 234
 235 /*
 236  * When a transaction is committed, we'll move those inode numbers which
 237  * are smaller than root->cache_progress from pinned tree to free_ino tree,
 238  * and others will just be dropped, because the commit root we were
 239  * searching has changed.
 240  *
 241  * Must be called with root->fs_commit_mutex held
 242  */
 243 void btrfs_unpin_free_ino(struct btrfs_root *root)
 244 {
 245         struct btrfs_free_space_ctl *ctl = root->free_ino_ctl;
 246         struct rb_root *rbroot = &root->free_ino_pinned->free_space_offset;
 247         spinlock_t *rbroot_lock = &root->free_ino_pinned->tree_lock;
 248         struct btrfs_free_space *info;
 249         struct rb_node *n;
 250         u64 count;
 251
 252         if (!btrfs_test_opt(root, INODE_MAP_CACHE))
 253                 return;
 254
 255         while (1) {
 256                 bool add_to_ctl = true;
 257
 258                 spin_lock(rbroot_lock);
 259                 n = rb_first(rbroot);
 260                 if (!n) {
 261                         spin_unlock(rbroot_lock);
 262                         break;
 263                 }
 264
 265                 info = rb_entry(n, struct btrfs_free_space, offset_index);
 266                 BUG_ON(info->bitmap);
 267
 268                 if (info->offset > root->cache_progress)
 269                         add_to_ctl = false;
 270                 else if (info->offset + info->bytes > root->cache_progress)
 271                         count = root->cache_progress - info->offset + 1;
 272                 else
 273                         count = info->bytes;
 274
 275                 rb_erase(&info->offset_index, rbroot);
 276                 spin_unlock(rbroot_lock);
 277                 if (add_to_ctl)
 278                         __btrfs_add_free_space(ctl, info->offset, count);
 279                 kmem_cache_free(btrfs_free_space_cachep, info);
 280         }
 281 }
 282
 283 #define INIT_THRESHOLD  (((1024 * 32) / 2) / sizeof(struct btrfs_free_space))
 284 #define INODES_PER_BITMAP (PAGE_CACHE_SIZE * 8)
 285
 286 /*
 287  * The goal is to keep the memory used by the free_ino tree won't
 288  * exceed the memory if we use bitmaps only.
 289  */
 290 static void recalculate_thresholds(struct btrfs_free_space_ctl *ctl)
 291 {
 292         struct btrfs_free_space *info;
 293         struct rb_node *n;
 294         int max_ino;
 295         int max_bitmaps;
 296
 297         n = rb_last(&ctl->free_space_offset);
 298         if (!n) {
 299                 ctl->extents_thresh = INIT_THRESHOLD;
 300                 return;
 301         }
 302         info = rb_entry(n, struct btrfs_free_space, offset_index);
 303
 304         /*
 305          * Find the maximum inode number in the filesystem. Note we
 306          * ignore the fact that this can be a bitmap, because we are
 307          * not doing precise calculation.
 308          */
 309         max_ino = info->bytes - 1;
 310
 311         max_bitmaps = ALIGN(max_ino, INODES_PER_BITMAP) / INODES_PER_BITMAP;
 312         if (max_bitmaps <= ctl->total_bitmaps) {
 313                 ctl->extents_thresh = 0;
 314                 return;
 315         }
 316
 317         ctl->extents_thresh = (max_bitmaps - ctl->total_bitmaps) *
 318                                 PAGE_CACHE_SIZE / sizeof(*info);
 319 }
 320
 321 /*
 322  * We don't fall back to bitmap, if we are below the extents threshold
 323  * or this chunk of inode numbers is a big one.
 324  */
 325 static bool use_bitmap(struct btrfs_free_space_ctl *ctl,
 326                        struct btrfs_free_space *info)
 327 {
 328         if (ctl->free_extents < ctl->extents_thresh ||
 329             info->bytes > INODES_PER_BITMAP / 10)
 330                 return false;
 331
 332         return true;
 333 }
 334
 335 static struct btrfs_free_space_op free_ino_op = {
 336         .recalc_thresholds      = recalculate_thresholds,
 337         .use_bitmap             = use_bitmap,
 338 };
 339
 340 static void pinned_recalc_thresholds(struct btrfs_free_space_ctl *ctl)
 341 {
 342 }
 343
 344 static bool pinned_use_bitmap(struct btrfs_free_space_ctl *ctl,
 345                               struct btrfs_free_space *info)
 346 {
 347         /*
 348          * We always use extents for two reasons:
 349          *
 350          * - The pinned tree is only used during the process of caching
 351          *   work.
 352          * - Make code simpler. See btrfs_unpin_free_ino().
 353          */
 354         return false;
 355 }
 356
 357 static struct btrfs_free_space_op pinned_free_ino_op = {
 358         .recalc_thresholds      = pinned_recalc_thresholds,
 359         .use_bitmap             = pinned_use_bitmap,
 360 };
 361
 362 void btrfs_init_free_ino_ctl(struct btrfs_root *root)
 363 {
 364         struct btrfs_free_space_ctl *ctl = root->free_ino_ctl;
 365         struct btrfs_free_space_ctl *pinned = root->free_ino_pinned;
 366
 367         spin_lock_init(&ctl->tree_lock);
 368         ctl->unit = 1;
 369         ctl->start = 0;
 370         ctl->private = NULL;
 371         ctl->op = &free_ino_op;
 372
 373         /*
 374          * Initially we allow to use 16K of ram to cache chunks of
 375          * inode numbers before we resort to bitmaps. This is somewhat
 376          * arbitrary, but it will be adjusted in runtime.
 377          */
 378         ctl->extents_thresh = INIT_THRESHOLD;
 379
 380         spin_lock_init(&pinned->tree_lock);
 381         pinned->unit = 1;
 382         pinned->start = 0;
 383         pinned->private = NULL;
 384         pinned->extents_thresh = 0;
 385         pinned->op = &pinned_free_ino_op;
 386 }
 387
 388 int btrfs_save_ino_cache(struct btrfs_root *root,
 389                          struct btrfs_trans_handle *trans)
 390 {
 391         struct btrfs_free_space_ctl *ctl = root->free_ino_ctl;
 392         struct btrfs_path *path;
 393         struct inode *inode;
 394         struct btrfs_block_rsv *rsv;
 395         u64 num_bytes;
 396         u64 alloc_hint = 0;
 397         int ret;
 398         int prealloc;
 399         bool retry = false;
 400
 401         /* only fs tree and subvol/snap needs ino cache */
 402         if (root->root_key.objectid != BTRFS_FS_TREE_OBJECTID &&
 403             (root->root_key.objectid < BTRFS_FIRST_FREE_OBJECTID ||
 404              root->root_key.objectid > BTRFS_LAST_FREE_OBJECTID))
 405                 return 0;
 406
 407         /* Don't save inode cache if we are deleting this root */
 408         if (btrfs_root_refs(&root->root_item) == 0 &&
 409             root != root->fs_info->tree_root)
 410                 return 0;
 411
 412         if (!btrfs_test_opt(root, INODE_MAP_CACHE))
 413                 return 0;
 414
 415         path = btrfs_alloc_path();
 416         if (!path)
 417                 return -ENOMEM;
 418
 419         rsv = trans->block_rsv;
 420         trans->block_rsv = &root->fs_info->trans_block_rsv;
 421
 422         num_bytes = trans->bytes_reserved;
 423         /*
 424          * 1 item for inode item insertion if need
 425          * 3 items for inode item update (in the worst case)
 426          * 1 item for free space object
 427          * 3 items for pre-allocation
 428          */
 429         trans->bytes_reserved = btrfs_calc_trans_metadata_size(root, 8);
 430         ret = btrfs_block_rsv_add_noflush(root, trans->block_rsv,
 431                                           trans->bytes_reserved);
 432         if (ret)
 433                 goto out;
 434 again:
 435         inode = lookup_free_ino_inode(root, path);
 436         if (IS_ERR(inode) && PTR_ERR(inode) != -ENOENT) {
 437                 ret = PTR_ERR(inode);
 438                 goto out_release;
 439         }
 440
 441         if (IS_ERR(inode)) {
 442                 BUG_ON(retry);
 443                 retry = true;
 444
 445                 ret = create_free_ino_inode(root, trans, path);
 446                 if (ret)
 447                         goto out_release;
 448                 goto again;
 449         }
 450
 451         BTRFS_I(inode)->generation = 0;
 452         ret = btrfs_update_inode(trans, root, inode);
 453         WARN_ON(ret);
 454
 455         if (i_size_read(inode) > 0) {
 456                 ret = btrfs_truncate_free_space_cache(root, trans, path, inode);
 457                 if (ret)
 458                         goto out_put;
 459         }
 460
 461         spin_lock(&root->cache_lock);
 462         if (root->cached != BTRFS_CACHE_FINISHED) {
 463                 ret = -1;
 464                 spin_unlock(&root->cache_lock);
 465                 goto out_put;
 466         }
 467         spin_unlock(&root->cache_lock);
 468
 469         spin_lock(&ctl->tree_lock);
 470         prealloc = sizeof(struct btrfs_free_space) * ctl->free_extents;
 471         prealloc = ALIGN(prealloc, PAGE_CACHE_SIZE);
 472         prealloc += ctl->total_bitmaps * PAGE_CACHE_SIZE;
 473         spin_unlock(&ctl->tree_lock);
 474
 475         /* Just to make sure we have enough space */
 476         prealloc += 8 * PAGE_CACHE_SIZE;
 477
 478         ret = btrfs_delalloc_reserve_space(inode, prealloc);
 479         if (ret)
 480                 goto out_put;
 481
 482         ret = btrfs_prealloc_file_range_trans(inode, trans, 0, 0, prealloc,
 483                                               prealloc, prealloc, &alloc_hint);
 484         if (ret) {
 485                 btrfs_delalloc_release_space(inode, prealloc);
 486                 goto out_put;
 487         }
 488         btrfs_free_reserved_data_space(inode, prealloc);
 489
 490         ret = btrfs_write_out_ino_cache(root, trans, path);
 491 out_put:
 492         iput(inode);
 493 out_release:
 494         btrfs_block_rsv_release(root, trans->block_rsv, trans->bytes_reserved);
 495 out:
 496         trans->block_rsv = rsv;
 497         trans->bytes_reserved = num_bytes;
 498
 499         btrfs_free_path(path);
 500         return ret;
 501 }
 502
 503 static int btrfs_find_highest_objectid(struct btrfs_root *root, u64 *objectid)
 504 {
 505         struct btrfs_path *path;
 506         int ret;
 507         struct extent_buffer *l;
 508         struct btrfs_key search_key;
 509         struct btrfs_key found_key;
 510         int slot;
 511
 512         path = btrfs_alloc_path();
 513         if (!path)
 514                 return -ENOMEM;
 515
 516         search_key.objectid = BTRFS_LAST_FREE_OBJECTID;
 517         search_key.type = -1;
 518         search_key.offset = (u64)-1;
 519         ret = btrfs_search_slot(NULL, root, &search_key, path, 0, 0);
 520         if (ret < 0)
 521                 goto error;
 522         BUG_ON(ret == 0);
 523         if (path->slots[0] > 0) {
 524                 slot = path->slots[0] - 1;
 525                 l = path->nodes[0];
 526                 btrfs_item_key_to_cpu(l, &found_key, slot);
 527                 *objectid = max_t(u64, found_key.objectid,
 528                                   BTRFS_FIRST_FREE_OBJECTID - 1);
 529         } else {
 530                 *objectid = BTRFS_FIRST_FREE_OBJECTID - 1;
 531         }
 532         ret = 0;
 533 error:
 534         btrfs_free_path(path);
 535         return ret;
 536 }
 537
 538 int btrfs_find_free_objectid(struct btrfs_root *root, u64 *objectid)
 539 {
 540         int ret;
 541         mutex_lock(&root->objectid_mutex);
 542
 543         if (unlikely(root->highest_objectid < BTRFS_FIRST_FREE_OBJECTID)) {
 544                 ret = btrfs_find_highest_objectid(root,
 545                                                   &root->highest_objectid);
 546                 if (ret)
 547                         goto out;
 548         }
 549
 550         if (unlikely(root->highest_objectid >= BTRFS_LAST_FREE_OBJECTID)) {
 551                 ret = -ENOSPC;
 552                 goto out;
 553         }
 554
 555         *objectid = ++root->highest_objectid;
 556         ret = 0;
 557 out:
 558         mutex_unlock(&root->objectid_mutex);
 559         return ret;
 560 }